近62 a华南“龙舟水”气候特征及变化

每年端午节前后龙舟竞渡之时,是华南前汛期降水最多、最为集中的时段,容易引发严重洪涝灾害,并对早稻生产造成严重影响,称之为“龙舟水”。对华南“龙舟水”期间暴雨过程的频次和强度进行研究是当前防灾减灾的迫切需求。利用1961—2022年华南192个国家气象观测站逐日降水资料,采用EOF、线性趋势、M-K突变等方法,分析了华南“龙舟水”期间降水量的时空特征及变化;构建了一个表征华南“龙舟水”暴雨过程的综合强度指数,由此分析华南近62 a“龙舟水”期间暴雨过程频次、强度以及“龙舟水”强度年景指数的特征和变化。结果表明,华南“龙舟水”一致性变化是其最主要的特点。1961—2022年“龙舟水”期间,华南共出现229次暴雨过程,平均每年3.7次。近62 a来华南区域平均“龙舟水”降水量和暴雨过程频次变化趋势不显著,但“龙舟水”强度年景指数以1.2·(10 a)^(-1)的速率显著上升。评估得到近62 a华南“龙舟水”最强暴雨过程出现在2022年6月4—21日,华南“龙舟水”强年有4 a,分别出现在2022年、2020年、2008年和2006年。

1969—2020年夏季山东极端暴雨事件的时空特征及其影响环流分型

利用山东省84个气象台站的逐日降水资料、美国国家环境预测中心和国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction and National Center for Atmospheric Research, NCEP/NCAR)逐日再分析资料以及中国气象局(CMA)热带气旋资料中心的CMA最佳路径数据集,对1969—2020年夏季(6—8月)发生在山东的857例极端暴雨事件(Extreme rainstorm events, EREs)的时空分布特征及影响环流分型进行了分析。结果表明:山东夏季EREs主要集中在7和8月,8月极端暴雨降水量占当月总降水量的比值最大,可达53.5%。山东夏季极端暴雨降水量以及极端暴雨发生日数呈现不显著的增加趋势,8月的增加趋势最明显。使用经验正交函数分解对影响山东夏季EREs的大气环流系统进行分型,发现影响山东夏季出现EREs的环流系统主要有4类,其中,影响ERE最多的环流系统是北方气旋型,约占事件总频次的33.1%;其次是高空急流型,占比约11.3%;南方气旋型和热带气旋型的环流型影响相当,出现的概率分别为9.7%和9.4%。

2013—2020年冀中南地区夏季短时强降水精细化分布特征

选用2013—2020年6—8月河北省中南部(冀中南)地区1115个自动站逐小时降水数据与地形高度资料,统计该地区夏季小时强降水(hourly heavy rainfall,HHR)和暴雨日的发生频次、持续时间、降水强度等方面的分布特征。结果表明:冀中南地区夏季发生频次为2.2~3.0次·a-1的HHR对降水贡献率大于35%,高频区有6个,在沧州东部沿海呈片状分布,在西部山区呈点状分布。小于60 mm·h^(-1)的HHR发生站次日变化特征为单峰、单谷,60 mm·h^(-1)以上发生站次随降水强度增大而锐减,日变化特征不明显。降水性质方面,冀中南地区的西部山区HHR高频区多积状云对流性降水,常发生在12:00—18:00;沧州东部沿海多受台风和切变线影响,HHR为降水强度较大的层状云和积状云混合性降水。

北上台风造成黑龙江省暴雨事件的气候特征

把北上台风影响黑龙江省且造成暴雨的天气过程定义为一个暴雨台风事件,根据影响的强度及方式分为3种类型:热带气旋型、变性型和水汽型。利用1981—2020年CMA最佳数据集和黑龙江省84个国家观测站常规观测资料进行分析,黑龙江省暴雨台风事件共有29个,均出现在7—9月,8月最多,9月最少。多数台风都在35°N以北登陆,其中在朝鲜半岛附近向东北移动入日本海的路径最多,由朝鲜半岛或者辽宁进入东北地区的路径次之。对比各类型发现,热带气旋型在暴雨站次、平均雨量等暴雨特征方面表现最强,变性型次之。研究中发现,暴雨台风事件具有明显的年代际特征,1995—2011年为弱影响期,1981—1994年和2012—2020年为2个强影响期,后一个强影响期中暴雨台风事件明显增多,年内时间跨度更大,暴雨站次、平均雨量等暴雨特征值更大,热带气旋型和变性型的影响系统更强,但路径差异不大。

基于贝叶斯网络的“郑州暴雨地铁灾害事件”情景分析与仿真推演

2021年7月20日河南郑州特大暴雨造成的地铁突发灾害是近年来为数不多的城市重大人员伤亡事件。该事件产生既有暴雨强烈、事故突发等客观原因,也包含风险意识淡薄、应急机制不健全等主观因素。本文首先遴选“郑州暴雨地铁灾害事件”演化的主要情景要素,采用情景分析法构建了该事件情景演化流程。在此基础上,基于贝叶斯网络构建了“郑州暴雨地铁灾害事件”情景推演模型。采用专家打分法计算网络节点的条件概率,利用Netica软件推算出灾害情景节点状态概率。最后,通过调试特定节点先验概率,开展不同暴雨灾害等级、应急响应行动、周围环境状态情况下人员死亡和地铁受损害的概率评估与情景推演,旨在总结经验、查找漏洞,为应对和防范“郑州暴雨地铁灾害”类似事件提供风险防范和响应对策参考。

2022年全球重大天气气候事件

2022年,全球平均温度比工业化前水平高出约1.15℃(±0.13℃),是第五暖年。全球海平面继续上升,且加速上升趋势明显。北极海冰面积低于常年值,南极海冰面积创下历史新低。巴基斯坦、韩国、印度、孟加拉国、澳大利亚东部、巴西和非洲中部和南部地区遭受暴雨洪涝;北非地区和东非大部分地区发生严重干旱;欧洲、中国、美国、日本、巴基斯坦和印度等地遭遇创纪录的高温热浪;北美和欧洲遭受寒流和暴风雪侵袭;强对流天气频繁袭击世界各地;全球共生成40个热带气旋,数量和强度均低于历史平均水平。成因分析表明,7月北半球副热带高压带异常强大以及欧洲上空持续的极强暖高压,西欧地区整个对流层盛行下沉气流,造成欧洲多地出现破纪录的高温热浪;7—8月西太平洋副热带高压异常强大且偏西,孟加拉湾地区东部的水汽输送路径折向印度北部和巴基斯坦,在南亚和东亚夏季风的共同作用下低层水汽辐合极为强盛,导致了极端降水事件的长时段维持和严重洪灾的发生。

2008-2017年四川省突发性山地暴雨事件的演变特征

突发性山地暴雨诱发的山洪、滑坡、泥石流等是我国西南山区重大自然灾害。本文利用2008-2017年国家站10 a的小时降水量数据,对四川省突发性山地暴雨事件开展统计特征分析。结果表明:(1)2008-2017年10 a间四川省共出现了979次突发性山地暴雨事件,平均每年约98次,大多数地区出现5次以上,突发性暴雨事件主要发生在四川盆地及其东部、南部山区、西部山区,西部山区频次远远大于东部山区,与地形影响密切相关。(2)突发性山地暴雨事件从4月开始增多,6-7月显著增长,7月之后渐渐减少;夜间多于白天,事件日变化的高频次先从四川西部山区下午16时开始,到深夜转为东部山区最高,表现出强降水有一个从西向东发展传播的过程。(3)突发性山地暴雨事件持续时间大多集中在3~12 h,平均持续时间6月、7月和9月较长,而5月和8月较短,平均持续时间东部山区明显比西部山区长。(4)突发性山地暴雨事件年平均累计雨量在80~120 mm之间,且7月最多,8月次之,5月和9月最小。2015年突发性山地暴雨事件频次最少,但年平均累计雨量最多,说明2015年突发性暴雨强度最大。

暴雨过程致灾危险性评估方法研究——以孝感市“8·12”暴雨过程为例

暴雨过程致灾危险性评估是暴雨灾害风险评估的基础和重要环节,可为气象防灾减灾提供重要技术支撑。利用孝感市7个国家气象观测站及120个区域气象观测站逐日、逐时降水量观测资料及地理信息资料,采用暴雨过程灾害危险性动态评估方法,对2021年8月12日发生于湖北省孝感市的一次区域性暴雨过程进行了致灾危险性评估。基于暴雨过程降水特征量分析,确定暴雨过程致灾因子,采用信息熵权法确定4个致灾因子权重系数,计算了暴雨过程强度指数;基于暴雨区下垫面特征分析,明确地形影响系数、水系影响系数为孕灾环境因子,并等权求和构成孕灾环境综合指数;暴雨过程致灾危险性指数由暴雨过程强度指数和孕灾环境综合指数加权构成,采用自然断点法将暴雨过程致灾危险性指数划分为5个等级,基于GIS绘制了暴雨过程致灾危险等级分区图,利用主要承灾体灾情数据验证了危险性评估结果的合理性。结果表明:(1)此次暴雨过程具有来势猛、短时降水量大、降水集中等特点,暴雨过程86.1%降水量集中在6 h以内,最大6 h降水量达50 a一遇,选取致灾因子时重点考虑短历时降水量;(2)孝南区大部、云梦县中部、应城市东北部、安陆市西南部为暴雨过程致灾高危险区,而较高危险区覆盖孝感市中部,这与暴雨强度及地形、水系河网等环境敏感性有关;(3)高和较高危险区对应暴雨灾情较重的区域,实际灾害等级达到“大型”灾害等级,致灾危险性评估结果反映了主要承灾体灾害损失实际。

水力建模与GIS量化表达的地下排水管线承载力评价

地下排水管线是城市重要的基础设施,地下排水管线承载能力研究与评价是城市能够平稳安全度过暴雨期、避免城市内涝的关键。本文基于SWMM模型,以昆明市主城区一个代表性关键节点为研究对象,通过城市地下排水管线汇流模型的设计与校准、城市降雨模型与地面径流模型的设计及构建,结合GIS量化表达模拟城市排水管线各要素承载力的时空分布状态及其承载能力。通过地表径流模拟分析、管线运行模拟分析、不同时刻节点水位动态模拟分析及排放口径流特征模拟分析,对研究区域内地下排水管线进行承载力判别,为在城市更新改造过程中提升城市地下排水管线承载能力提供参考。

延河流域极端暴雨下侵蚀产沙特征野外观测分析

针对黄土高原目前侵蚀环境明显改善条件下能否经受得住极端暴雨事件的考验及可能出现的问题,该文依据在延河6个典型小流域的植被调查及土壤侵蚀监测结果,分析了2013年极端暴雨条件下延河流域不同尺度的侵蚀产沙特征。结果表明,天然乔木(辽东栎和三角槭)植被的平均侵蚀强度<1 000 t/km^2,自然灌木植被在1 118.1~1 161.2 t/km^2之间,演替中后期的草本植被在1 245.2~1 827.8 t/km^2之间,而演替中前期的草本植被在3 087.6~4 408.4 t/km^2之间;人工灌木林(2 119.7~2 183.9 t/km^2)比人工乔木林(2 625.7~5 149.6 t/km^2)具有较强的减蚀能力。坡面良好的植被覆盖能有效抵御暴雨侵蚀,小流域坡面平均侵蚀强度基本<2 500 t/km^2;但滑坡侵蚀占主导地位,占各小流域侵蚀总量的49.0%~88.5%,特别是距暴雨中心较近流域的南部2个小流域的滑坡侵蚀可达7 290.3和7 424.9 t/km^2左右。不同小流域内有6.4%~18.3%的侵蚀量淤积在沟道里;延河甘谷驿以上不同河段的淤积量为13.2~145.2万t,平均占总侵蚀产沙量的15%。延河甘谷驿控制区的侵蚀产沙强度变化在2 326.7~7 774.4 t/km^2之间,其中强度为5 000~8 000 t/km^2的面积占59.3%。因此,加强沟间地径流蓄排措施,减轻坡面径流下沟对沟坡重力侵蚀的影响,是土壤侵蚀研究与防治中值得重视的问题。

1961—2016年我国区域性暴雨过程的客观识别及其气候特征

利用全国2287个气象观测站1961—2016年逐日降水资料,基于对暴雨区进行连续追踪的思路,采用暴雨相邻站点数和暴雨区中心距离确定了中国区域性暴雨过程的客观识别方法;根据区域性暴雨过程的平均强度、持续时间和平均范围构建了区域性暴雨过程的综合强度评估模型。利用该客观方法对1961—2016年中国的区域性暴雨过程进行识别,并分析其气候和气候变化特征。结果显示:我国区域性暴雨过程年均38.5次;区域性暴雨过程一年各月均可出现,但主要出现在4—9月,其中7、8月发生最为频繁,6月区域性暴雨过程持续时间长、范围广、综合强度强,这与长江中下游地区梅雨现象有关。一年中,区域性暴雨过程首次出现日期平均为3月6日,末次出现日期平均为11月14日;1961—2016年,我国年区域性暴雨过程首次出现日期呈明显提前、末次日期呈显著推后、暴雨期呈显著延长的变化趋势;年发生总频次呈微弱增多,较强区域性暴雨过程次数呈明显增加趋势;区域性暴雨过程的覆盖范围和综合强度均呈显著增大趋势。南方型区域暴雨过程变化趋势与全国的基本一致;北方型首次日期呈提前、末次日期呈推后趋势,发生频次有微弱减少趋势,覆盖范围、持续时间、综合强度均无明显变化趋势。

华北地区降水事件变化和暴雨事件减少原因分析

使用北京、天津、河北、山西的37个气象观测站的1961～2008年逐日降水资料和NCEP、EC环流资料,对华北降水事件和暴雨事件减少原因进行分析.结果表明,华北地区盛夏暴雨事件对夏季降水量和全年降水量变化有重要影响,近50年盛夏暴雨事件呈显著线性减少趋势,这与东亚夏季风减弱使得从南边界进入华北的水汽通量大量减少以及副热带高压位置南移有关.此外,盛夏暴雨事件减少还与印度对流减弱和菲律宾对流加强、125°E越赤道气流减弱和145°E越赤道气流加强有很好的对应关系.这为认识华北降水减少变化提供了科学依据.

广西来宾市良江镇吉利村岩溶塌陷成因机制分析

2010年6月,一场极端暴雨事件过后,广西来宾市良江镇吉利村发生大规模岩溶塌陷,一个月内陆续产生了17处塌陷坑,其中3个塌陷坑逐渐扩大发展,最终形成一长约170m,深约38m的大塌陷坑,被称为"广西第一塌"。此次塌陷事件影响面积约1 500m^2,导致70户298人搬离家园。为了弄清吉利村岩溶塌陷的成因机制,在塌陷发生地区开展了地面调查、三维激光扫描、地球物理勘探、水文地质工程地质钻探、岩溶塌陷动力条件监测、降雨量监测等多项工作。分析结果表明:吉利岩溶塌陷为自然塌陷,是多种不良因素共同作用的结果,这些因素包括特殊的"水-土-岩"组合和极端暴雨,其中极端暴雨引起的地下水气压力的急剧变化是其主要动力因素;特殊的地质条件,决定了该区岩溶塌陷发生的特殊性,分析其形成过程,认为主要受气爆效应、水击效应和渗流潜蚀效应的综合作用。

基于径流侵蚀功率的流域次暴雨输沙模型研究--以岔巴沟流域为例

流域次暴雨侵蚀产沙模型研究是国内外土壤侵蚀研究的重点领域之一。提出了基于径流深和洪峰流量模数两个流域次暴雨洪水特征参数的径流侵蚀功率的概念;利用岔巴沟曹坪水文站1959至1990年间历年实测的次暴雨洪水径流泥沙资料,系统研究了该流域次暴雨径流侵蚀功率与流域输沙模数之间的相关关系,建立和验证了基于径流侵蚀功率的岔巴沟流域次暴雨输沙模型。结果表明,岔巴沟流域次暴雨径流侵蚀功率与流域输沙模数之间具有极显著的幂函数相关关系;模型验证期的次暴雨输沙模数模拟值与实测值之间具有较好的一致性。

湖南短时强降水事件气候特征

基于湖南省97个地面气象观测站1981-2010年自记降水资料,运用数理统计方法,开展湖南短时强降水事件气候特征分析,结果表明:①湖南省1 h、3 h、12 h强降水事件出现频率夏季高于春季、春季高于秋季,夏季白天短时强降水事件出现频率高于夜间、春季夜间高于白天、秋季白天夜间差异不明显;②湖南省1 h、3 h、12 h强降水事件频率变化趋势以不显著增加为主,其中12 h强降水事件增多趋势较1 h、3 h显著,湘西北地区夜间增幅最大,湘东南地区白天增幅最大;春季强降水事件增幅最明显的地区是湘西北地区,夏季强降水事件频率增幅最明显的是湘东南地区;③1 h、3 h、12 h强降水事件开始时间出现在不同时间段的频率变化呈现为双峰型,1 h、3 h强降水事件以05-08时出现频率最高,12 h以11-14时出现频率最大。

气候变化背景下淮河流域场次暴雨事件时空演变分析

全球气候变化对暴雨洪涝等极端天气事件的发生产生了显著影响,识别气候变化背景下暴雨事件的时空变化特征是暴雨洪涝灾害综合应对的关键.以淮河流域为研究区,基于流域内229个气象站点1950-2012年的实测逐小时降水数据,遵循淮河流域实际情况对暴雨事件进行场次划分,并以此作为基础统计单元,借助地理信息系统平台,运用统计学方法并结合气象学理论,以场次暴雨事件开始时间、达到雨强峰值历时、场次平均暴雨历时及暴雨事件发生频次4个指标分析不同年代背景下淮河流域场次暴雨事件发生的过程变化及时空演变特征.结果表明:在气候变化的背景下,场次暴雨发生时间呈现宽幅化和极值化的变化趋势,暴雨发生时间出现了后移和双峰化的特征;暴雨历时及到达雨强峰值历时均呈现增加趋势,整个流域场次暴雨事件在1990s-2000s进入一个增加时期;全球性的气候变化使流域内暴雨事件发生的频次不断增加,历时不断增大,长历时高频次特征明显,尤其是近20 a来,淮河流域暴雨事件高发区域呈现出从流域部分地区向全流域扩张的趋势.

河西走廊西部两次极端暴雨事件水汽特征分析

利用常规观测资料、地面自动站雨量资料和NCEP 1°×1°再分析资料,应用水汽通量诊断分析、后向轨迹模型等方法分析了2012年6月4—5日(简称"0605")和2011年6月15—16日("0616")河西走廊西部干旱区两次极端暴雨事件的水汽输送和收支特征。结果表明,高原低涡及其前部弱高压脊共同作用下,在甘肃中西部对流层中层形成的异常偏东气流是河西走廊西部暴雨水汽输送的关键,其将来自孟加拉湾的水汽接力式的输送到河西走廊西部,有利于该地区的水汽辐合;弱高压脊的强度和位置决定了异常偏东气流的强度和最西端延伸的位置,而异常偏东气流的强度和最西端延伸的位置在很大程度上又决定了暴雨水汽的主要来源;两次暴雨过程均存在两路异常的水汽输送,随西风气流的西路水汽输送和绕高原的东路水汽输送,"0605"过程弱高压脊位置偏东偏弱,异常偏东气流由东向西扩展,最西端达到张掖,较强的西路水汽输送贡献率达到了90.02%,而"0616"过程弱高压脊位置偏西偏强且在内蒙古西部形成闭合的反气旋环流,异常偏东气流由西向东扩展,最西端位于酒泉西部,较强的东路水汽输送贡献率达到了84.6%;西(东)路水汽输送在对流层低(中)层输入较为显著。

近50年辽宁省大雨与暴雨时空变化特征分析

选取1965—2014年辽宁省23个气象站的逐日降水量资料,利用趋势分析法、小波分析法和普通克里金空间插值法对研究区大雨与暴雨事件进行时空变化特征分析,结果表明:1辽宁省大雨天数在20世纪60至70年代以增大趋势为主,80年代起转为减少趋势。大雨强度在20世纪60年代中后期和21世纪初主要呈现增大趋势,中间时段以减少趋势为主。暴雨天数和暴雨强度在1984年以后均呈现稳定的增加趋势。2大雨与暴雨事件的周期变化具有一致性特征,均存在34年左右的主周期和19年左右的次周期。3大雨与暴雨事件的空间分布均呈现出由辽东南(丹东为中心)向辽西北(朝阳为中心)逐渐减少的变化特征。此外,从空间趋势变化来讲,除大雨天数外的其他指标在全省范围内均以增加为主,辽宁省西北部地区洪涝灾害风险较小,防洪减灾工作应重点集中在中东部地区。

延安燕沟流域次降雨泥沙来源分析

延安燕沟流域属于水土流失治理的重点区，退耕还林（草）措施引起的生态环境改善和经济发展带动的山区道路建设压力对本地区侵蚀环境和侵蚀动力机制产生了巨大影响，坡面水土流失与道路水土流失对比关系发生了新变化。在坡面侵蚀得到初步治理的新环境下，道路侵蚀则上升为主要地位。依据燕沟流域2005年7月2日的5年一遇暴雨引起的不同土地利用类型下的侵蚀产沙监测结果，结合流域卡121站测得的流域产沙总量，分析各土地利用类型产沙量对流域总产沙量的贡献，并依据流域土地利用的演变，反演林草植被恢复与道路建设对流域泥沙来源的作用。研究结果表明：在次降雨条件下，道路的产沙强度为支道山路500t／km^2、干道山路3163t／km^2、运油道路1万3500t／km^2，而农、林、草地的产沙强度为6．184t／km^2；道路产沙强度远大于农、林、草地的产沙强度：占流域面积1％的道路产沙量占总产沙量的42．3％，占流域面积70．5％的草地、灌木林地产沙量仅占流域的26．7％。退耕还林（草）措施使流域坡面产沙量大为降低，流域产沙量减少41．2％，但由于道路产沙量增加，抵消了减沙效益的58．0％，因此，黄土丘陵区植被恢复后，应将水土流失治理重点放在防止道路侵蚀方面。

山东省区域性暴雨事件时空变化特征及个例分析——以台风“利奇马”暴雨过程为例

利用山东省123个国家地面气象观测站1961—2019年逐日、逐小时降水量资料,在定义区域性暴雨事件的基础上,选取最大过程降水量、最大日降水量、最大1 h降水量、暴雨站数和过程持续时间作为评估指标,构建山东省区域暴雨事件和单站暴雨事件综合强度评估模型。针对判别出的545次区域暴雨事件,进行时空特征分析。结果表明,山东省区域暴雨事件发生次数呈现波动变化、缓慢下降趋势,但平均综合强度呈现缓慢上升趋势,且2011年以来上升趋势显著。区域暴雨事件集中发生于7、8月,其中以7月发生次数最多,8月平均综合强度最高。降雨中心主要分布于半岛东部和鲁南地区,不同时段分布配置略有不同,但差别不大。历史回算结果与灾情记录一致性较高,以台风“利奇马”暴雨过程为例,通过分县灾情验证表明暴雨事件综合评估模型评估结果较为合理,尤其对历史重大暴雨事件吻合效果理想。