中国不同月份暴雨的多属性时空演变特征及区域差异(1961-2016年)

为了诊断变暖背景下中国不同月份暴雨多属性时空差异特征,采用1961—2016年中国545个气象站点的日值降水数据,利用线性回归、变异系数和图谱对比分析等方法,从气候态特征、变化趋势和年际变异3个方面诊断了中国不同月份的暴雨雨量和雨日的时空变化特征。结果表明:(1)1961—2016年中国不同月份的暴雨雨量与暴雨雨日在对应月份具有相似的空间分异特征。暴雨雨量和暴雨雨日的高值区1—7月份逐渐从东南沿海向西北内陆扩张,但主要分布在胡焕庸线以东地区;8—12月份则从西北地区向东南沿海地区缩减;胡焕庸线以西地区的暴雨雨量和暴雨雨日在不同月份分布较少。(2)1961—2016年中国不同月份的暴雨雨量与暴雨雨日的变化趋势时空分异特征基本一致。5—8月份是中国暴雨雨量和暴雨雨日变化趋势最显著的月份,主要分布在东南季风区,且以增加趋势为主;西北地区的暴雨雨量和暴雨雨日的趋势则在不同月份变化较小。(3)1961—2016年中国不同月份的暴雨雨量与暴雨雨日的年际变异特征相似。其中北方地区在4—10月份波动特征较大;南方地区则在1—3月份、11—12月份波动较大。暴雨雨量和暴雨雨日波动较大的高值区随月份发展逐渐从东南向西北、东北和西南地区扩张,且东南地区的波动趋于减小,随后再从西北、东北和西南地区向东南地区缩减,同时伴随东南地区波动增大。研究对于防洪减灾和水资源规划与利用具有一定的参考意义。     

1962—2012年清远市暴雨变化特征

利用清远地区7个气象台站1962—2012年逐日降雨量资料,统计分析了清远地区暴雨天气的气候变化特征,结果表明:清远地区年暴雨日数和暴雨量都呈弱的增加趋势,暴雨强度呈弱的减小趋势。汛期洪涝贡献率高,前汛期比后汛期更容易发生洪涝灾害。年暴雨日数、年暴雨量、暴雨强度和暴雨贡献率地域分布存在明显差异,都呈自北向南递减的趋势,但北部地区均为增加趋势,南部地区均为减少趋势。年暴雨日数和年暴雨量在1969年有一个呈显著增加趋势的突变,但持续年数短。     

南京地区暴雨变化特性分析

选取南京地区7个雨量站长系列逐时降水资料,分析暴雨时空分布规律与变化特性,并解析暴雨雨型特征。结果表明:南京地区暴雨时空分布不均性显著,市区年暴雨量和暴雨次数多于郊区;不同历时年最大降雨量总体呈现增大趋势,且主城区增加趋势更显著;暴雨以一般暴雨、弱暴雨为主,但容易引起内涝的短历时、高强度的暴雨频次呈现增加趋势,且主城区相对郊区增加趋势更显著;主城区弱暴雨、中暴雨和强暴雨分别具有14年、8年和3年的丰枯变化周期,特短暴雨、短暴雨和一般暴雨也都具有3年左右的丰枯变化周期;雨型(历时12 h暴雨)以容易引起内涝的单峰Ⅲ型雨型为主,加大了城市内涝防治压力。     

黄河中游极端降雨对输沙量影响的时序分析

黄河中游是黄河泥沙的主要来源区,极端降雨是区域侵蚀产沙及河流输沙的主要动力。基于黄河中游河潼区间1958—2016年26站逐日降雨数据及河口镇和潼关水文站的输沙量数据,采用回归分析、双累积曲线等方法,研究了极端降雨指标的变化趋势及对输沙量的影响。结果表明:①极端降雨指标总体呈降低趋势,但多数指标的下降趋势未达到显著性水平。②输沙量在1979年和1999年发生突变。1979年之前对输沙量影响最大的是最大1 d降雨量,影响最小的是汛期降雨量;1980—1999年对河流输沙量影响最大的是主汛期降雨量,影响最小的是暴雨量;2000—2016年对河流输沙量贡献率最大的是大雨量,最小的是暴雨量。③极端降雨对输沙量的影响在1958—1979年最大,1980—1999年次之,2000年之后输沙量受人类活动的影响大于极端降雨的影响。     

三峡库首区诱发地质灾害的强降水特征分析

利用三峡库首区1971—2019年国家站和区域站逐日雨量和地质灾害个例数据,对三峡库首区诱发地质灾害的强降水特征进行分析,发现：(1)三峡库首区暴雨日数近50年来呈现增长趋势;暴雨主要集中在4—10月,暴雨日数发生最多的月份为7月和8月;地质灾害主要集中在5—10月发生,呈现出夏半年多、冬半年少的特征。(2)秭归降水量年变化最大,更容易出现干旱或洪涝,兴山降水量年变化最小。(3)三峡库首区汛期平均雨量呈现14a周期性波动,其次是9a周期性波动。主汛期平均雨量呈现9a周期性波动,其次是14a周期性波动。(4)三峡库首区主汛期雨量和地质灾害出现次数的相关性达0.468,说明主汛期降水偏多时,更容易出现较多的地质灾害。     

基于CMORPH融合降水的中国暴雨时空分布特征分析

选取中国地区为研究区域,基于中国自动站与CMORPH降水产品融合网格数据集,运用降雨对象识别、泰尔森估算方法,分析2008—2016年中国暴雨场次、暴雨量的时空分布特征及变化趋势。研究表明,2008—2016年,共有24 676场暴雨,其中小暴雨20 135场,大暴雨4 230场,特大暴雨311场。全年暴雨事件最多为2012年,最少为2011年,仅42场。中国暴雨事件主要集中在5—9月,占全年80.8%。2010、2012、2014年华南、华北沿海地区暴雨量占比较高,部分达到60%以上,2008、2013、2016年华南沿海、湖北地区暴雨量占比较高。5—9月中国暴雨分布较广,暴雨量较大,主要分布在珠江口、江西东北部、海南、台湾、浙江福建沿海地区,年均月暴雨量约150 mm。年均暴雨场次、暴雨量呈东南沿海往西北内陆不断减少的趋势,高值区主要为华南地区和长江中下游地区。小暴雨事件与总暴雨事件分布相似;大暴雨主要集中在两广沿海地区、海南的东部和台湾的南部;特大暴雨事件零星分布在中国东南部。近9年,暴雨场次总体呈增加趋势,华南地区和长江中下游地区暴雨场次和暴雨量增加最为明显。     

镇江市降雨场次划分与暴雨特性分析

为划分镇江市降雨场次和分析暴雨特性,基于丹徒站1981—2016年汛期5—10月的逐分钟降雨资料,确定了降雨间隔时间,筛选了暴雨场次,分析了汛期各月暴雨次数和暴雨量的变化特性,解析了不同历时和不同强度暴雨的演变规律。结果表明:镇江市合理的降雨间隔时间为2 h;汛期总暴雨次数呈略微上升的趋势,总暴雨量以每10年43.4 mm的速度增加;汛期暴雨主要集中在6—8月,其暴雨次数占汛期总暴雨次数的73.0%,其暴雨量占汛期总暴雨量的73.5%;7月和8月的暴雨量及其对总降雨的贡献率呈增加趋势,其他月份呈减少趋势,暴雨集中度增强;不同历时的暴雨中,一般暴雨占比最大,特短、短暴雨次数增长趋势显著,且特短暴雨的强度呈增加趋势;不同强度的暴雨中,弱暴雨占比最大,中、强暴雨次数均有不同程度的增长。     

基于K-means雨型分类方法的温州市台风暴雨时空演变特征研究

伴随全球气候变暖，暴雨事件的频次与强度呈增强趋势，对于暴雨时空演变规律的研究对区域防洪减灾和水资源管理具有重要意义。基于1960—2018年日尺度降雨数据和1980—2017年台风过境期间的小时尺度降雨数据对温州市的暴雨特征时空演变规律进行分析，使用的分析方法包括去趋势预置白的Mann-Kendall趋势检验、基于K-means聚类算法的雨型分析等。日尺度暴雨指标的趋势和突变检验结果显示，暴雨指标受到地形和地理位置影响较大。小时尺度降雨数据的暴雨指标表明，台风暴雨指标随下垫面特征和地形特征不同而呈现不同的特征和变化趋势；山区地区的降雨总量和持续时间的上升趋势高于平原地区。小时尺度暴雨雨型分析表明，温州市暴雨雨型以单峰型为主，单峰中期型占比最大。研究成果有助于加深对该区域暴雨时空演变规律的认识，为区域防洪减灾和水资源管理提供参考。     

鄱阳湖区分级雨日及雨量变化特征分析

为了分析鄱阳湖区降雨量的变化特征,按照相关标准对年降雨日数和降雨量进行分级,深入研究各级雨日(量)的年际变化特征和年内分配规律。利用鄱阳湖区都昌站1953—2012年逐日降雨资料,采用趋势突变检验、Hurst指数、集中度和集中期等方法对鄱阳湖区年和季节分级雨日(量)的变化特征进行分析。研究结果表明:①鄱阳湖区年平均降雨日数为134 d,其中,小雨日数、中雨日数、大雨日数和暴雨日数所占雨日的比例分别为70.9%,18.66%,8.2%,2.98%;过去几十年,年总雨日数、小雨日数和暴雨日数均呈现显著减少的趋势并可能持续减少,年总雨日数在1978年发生突变,突变后雨日数减少了14 d;季节性降雨中,春、夏2季以大雨暴雨为主,秋、冬2季以小雨、中雨为主。②鄱阳湖区年平均降雨量为1 335.66 mm,小雨、中雨、大雨和暴雨占年降雨的比例分别为20.74%,29.50%,27.35%,22.41%;过去几十年,年降雨量呈显著减少趋势并可能继续减少,并在1976年发生突变,突变后年平均降雨量减少了301.26 mm。③鄱阳湖区降雨集中度平均为0.4,但受降雨年内分配的影响,降雨集中度年际差异较大;降雨集中期主要集中在3月中旬—6月中旬,其中,4月中旬—5月中旬占了71.43%。鄱阳湖区降雨日数的减少主要是由小雨日数减少引起的,降雨量的减少是各级雨量共同减少造成的;降雨集中度的大小与大雨和暴雨量所占年降雨量的比例密切相关,且与降雨不均匀系数显著正相关。研究结果可为进一步认识鄱阳湖湿地水文情势变化特征提供依据。     

基于特大暴雨分级的水库上限起调水位分析方法

为提高水库抵御洪水能力,增加洪水调度预警时间,保证水库安全运行,提出了基于特大暴雨分级的水库上限起调水位分析方法,首先分析特定历时暴雨总量范围,在此基础上对可能发生的特大暴雨按雨量进行分级处理,对各级暴雨进行时空分配,应用水文模型模拟洪水过程,并按原有调度方法对研究水库进行调洪演算,进而确定安全运行理想暴雨量,在此基础上进一步研究超过安全运行理想暴雨量的各级特大暴雨,计算对应的上限起调水位,为水库预泄调度提供数据参考,增加防洪预警时间,以确保调洪时坝前最高水位不超过允许上限水位。该方法应用于洪渡河石垭子水库,计算确定了原有调度方法下水库安全运行理想暴雨量,并分析了超过该暴雨量的各级特大暴雨对应的安全运行上限起调水位,为石垭子水库防洪调度提供数据支撑。研究发现,部分中小水库防洪调度存在显著特点,按原有调度方式抵御特大洪水能力有限,新方法能够有效提高水库抵御特大洪水的能力。     

轴对称条件下水泥土强度特性试验研究

通过水泥土等P三轴剪切试验、常规三轴固结排水剪切试验(CD)与三轴固结不排水剪切试 验(CU),对水泥土力学特性进行研究,讨论水泥土的应力一应变曲线变化特点和强度特性。试验结 果表明:水泥土的应力一应变曲线为软化型,软化程度与围压有关;不同应力路径对水泥土强度有一 定的影响,但影响程度较弱;小围压作用下水泥土具有剪胀性,类似强超固结土;高围压下,水泥土 类似弱超固结土;残余强度均随围压的增加呈线性增大,CD试验残余强度高于CU试验,残余强度 与峰值强度的比值随围压的增大而增大,增大速率逐渐减小;水泥土CU试验的有效强度包线与CD 试样强度包线基本一致。     

中等排放情景下中国未来不同强度降雨变化及其对总降雨贡献的预估(2006—2100 年)

为探究中国整体和不同区域的不同强度降雨雨量及其对总降雨雨量贡献率的变化趋势,采用ＲCP6. 0 中等排放情景下 2006—2100 年 WＲF 30 km × 30 km 日值降水数据,根据中国气象局颁布的降水强度等级划分标准进行研究。结果表明: ( 1) 在降雨雨量上,中等排放情景下 2006—2100 年中国小雨减少,强降雨增加。在降雨雨量贡献率上,小雨和中雨对总降雨的贡献率呈减少趋势,其他五种强降雨对总降雨的贡献率在增加,说明强降雨增加,降雨朝着极端化方向发展。暴雨对总暴雨的贡献率呈增加趋势,而大暴雨和特大暴雨对总暴雨的贡献率呈减少趋势,总暴雨对总降雨贡献率的增加是由于暴雨的增加起了关键作用。( 2) 在不同分区上,北方、东北和西藏地区不同强度降雨均呈增加趋势; 东南和西南地区除小雨外均呈增加趋势; 西北东部地区仅小雨、大暴雨和特大暴雨呈增加趋势;西北西部地区仅小雨、中雨和总降雨呈增加趋势。在降雨雨量贡献率上,北方和西藏地区除小雨外均呈增加趋势; 东北、东南和西南地区除小雨和中雨外均呈增加趋势; 西北东部地区仅小雨呈增加趋势; 西北西部地区仅小雨和中雨呈增加趋势。( 3) 在不同强度暴雨对总暴雨贡献率上,七大分区中的特大暴雨对总暴雨的贡献率除西北西部变化趋势不显著外,其他分区均呈不同程度的增加趋势。所得成果为类似研究提供参考。     

1901—2018年“一带一路”陆域地区降雨量时空变化格局

"一带一路"地区是全球气候变化的敏感区和显著区,为了安全推进"一带一路"的高质量建设,亟需全面认识域内气候变化特征。基于1901—2018年英国东英格利亚大学气候研究所提供的0.5°×0.5°的网格降水数据集CRU TS4.03,采用线性趋势、变异系数等多种数理统计方法,从气候分布、变化趋势和波动特征及时相差异特征诊断"一带一路"陆域地区的降雨量时空变化特征。主要得到如下结论:(1)1901—2018年"一带一路"陆域地区年总降雨量气候分布呈现纬向地带性和海陆地带性特征,其中季风气候区和热带地区分布较大,多数超过了1 600 mm。1960年前后"一带一路"陆域地区的年总降雨量在北半球高纬度地区和东南亚地区差异显著。在时序上1901—2018年"一带一路"陆域地区年总降雨量呈增加趋势且具有30年分段并在1938年发生了突变,整体趋势值为2.90 mm/10 a, 1901—1930年、1931—1960年、1961—1990年和1991—2018年的趋势值分别为6.90 mm/10 a、15.69 mm/10 a、-0.94 mm/10 a和1.25 mm/10 a,均通过了0.05显著性水平的检验。(2)1901—2018年"一带一路"陆域地区年总降雨量在北半球高纬度地区和大洋洲呈现明显增加趋势,趋势值超过了20 mm/10 a。对比来看"一带一路"陆域高纬度地区在朝着暖湿化方向发展,而北半球中纬度地区在朝着暖干化方向发展。1960年前后"一带一路"陆域地区的年总降雨量趋势差异整体以负差异为主。(3)1901—2018年"一带一路"陆域地区年总降雨量波动特征较大的地区主要分布在非洲北部及毗邻的阿拉伯半岛、中国西部、澳大利亚中部等地区。1960年前后"一带一路"陆域地区年总降雨量的波动差异也主要集中在上述地区,但面积分布上有所减小。     

珠海市香洲城区降水变化特征及成因分析

基于珠海市1981—2010年逐日降水资料及2011—2018年CMADS中国大气同化驱动数据集V1-0及V1-1,利用Manner-Kendall检验法、小波分析法分析不同等级降水分布频率、变化趋势及周期特征,根据NASA GPM IMERG 0-5h分辨率的降水数据分析香洲城区51场大暴雨及特大暴雨的时程分配特征,并依据城区土地利用类型及气溶胶粒子的变化规律进行成因分析。结果表明：1981—2018年,香洲城区总降水量呈波动减小趋势,下降率每10a为65-70mm,主要原因是大雨及暴雨量级雨量的减少;年降水日数及总降水量均经历了增多—减少—增多—减少—增多的4次周期振荡变化,主周期均为25a左右;场次暴雨持续时间为4-5~23h,且降水时长有增加趋势,暴雨峰值的出现时间的概率由大到小为夜间、上午、午间、午后;城市化进程引起地面粗糙度增大对移动的降雨系统产生了阻碍效应,对城区降雨时长的增加有一定影响,且暴雨峰值的出现时间与空气中气溶胶粒子的日变化规律相关。     

太湖流域湖西区暴雨时空分布特性分析

全球气候变暖和快速城市化进程影响降水结构,导致极端水文气象事件频发。为研究变化环境下太湖流域湖西区暴雨时空分布特性,选取1961—2015年湖西区多个雨量站的降水资料,分析了暴雨指标（年暴雨日数、年暴雨量、年暴雨强度、年暴雨贡献率）变化特征,并计算出给定重现期下的年最大日降水量值。结果表明,湖西区年降水量自北往南逐渐增加,年暴雨日数和年暴雨量均呈现中部较低、南北两侧较高的分布,年暴雨强度自西南往东北先增大后减小,年暴雨贡献率在西南地区偏小;湖西区宜兴站近55年年暴雨日数、年暴雨量、年暴雨贡献率呈显著上升趋势;自2005年起湖西区各暴雨指标表现出显著上升趋势;金坛站和丹阳站年均最大一日降水量高于溧阳站和宜兴站,并且各雨量站5年一遇的年最大日降水量均超过了100 mm,达到了大暴雨水平,其中金坛站和丹阳站较易发生极端降水事件。     

基于机器学习短历时暴雨时空分布规律研究

城市内涝风险的精细化管理和防洪排涝市政工程的科学设计,需要对当地降雨的时空分布特征有深入的了解。而传统以单站雨型代表整个区域降雨特征的分析方法,不能满足这一要求。本文尝试将机器算法引入到暴雨时空分布特征研究中,以北京城区2004—2016年降雨资料为研究样本,利用动态聚类算法,提取北京城区短历时暴雨时空分布的动态特征。经分析,北京汛期的短历时暴雨时空分布特征,可以分为3种类型:(1)降雨自西北部山区移动到城中心区,逐渐扩散到城区;(2)降雨集中在城区西南部地区,逐渐向北部和城中心区扩散;(3)降雨集中在城区中心区和东部地区,基本不发生移动。研究结果表明,基于机器学习算法提取的暴雨时空分布特征,与实际暴雨时空动态发展趋势相符,并且有各自对应的降雨形成的不同物理机制,可为城区降雨设计、城市内涝风险管理等工作提供借鉴与参考。     

中国积雪时空演变特征及其与海气环流因子的时序关联性

积雪时空变化作为表征增暖背景下冰冻圈的重要指标之一,在全球气候变化科学研究中具有重要作用。采用1961—2016年中国545个气象观测站的积雪日数、积雪深度日值数据和3个海气环流因子,通过多种统计方法,诊断中国积雪的时空演变特征及积雪与海气环流因子的时频相关性。结果表明:(1)1961—2016年中国积雪日数和深度在波动中呈缓慢增加趋势,且具有明显的年代分段变化特征。中国积雪日数和深度均具有30a和50a的周期振荡特征,其中积雪深度在1969年发生突变。(2)1961—2016年中国气候态积雪日数和深度具有明显的南低北高的空间分异特征,尤其是东北、内蒙古东部和新疆北部的积雪较多分布。中国积雪多寡具有明显的年代和区域分异特征。(3)在变化趋势上,1961—2016年中国积雪日数在东北和内蒙古东部趋于增多;而积雪深度除上述区域外,在华北、西北和江淮东部也趋于增多。在波动特征上,中国积雪日数和深度在华南南部、云南和四川东部波动较大,其它地区波动相对较小。(4)与海气因子时频关联性上,中国积雪与不同海气因子关联性不同,且与同一因子在不同时段的关联性也有一定差异。     

基于不同分布曲线的常州市暴雨组合概率

基于常州雨量站1951—2015年的年最大1 d、3 d降水量资料,利用Copula联结函数构建联合分布函数,推算相应的同现重现期和组合风险率,并以此为基础,评价常州市2015年"6·26"暴雨可能的重现期和风险率。结果表明:某一设计标准下的年最大1 d、3 d降水遭遇时的同现重现期大于年最大1 d或3 d降水单变量对应的重现期;同一设计频率的暴雨遭遇的风险率较高,且随着重现期增大而减小;"6·26"暴雨的同现重现期为218 a,同现风险率为17.4%,此次暴雨具有特殊性和罕见性,常州市未来的防洪形势将更为严峻。