山区盆地东江水库对大气强对流活动的影响

鉴于山区水库盆地多山地峡谷,拥有大面积水体,其动力和热力非均匀性对强对流活动的影响亟待研究,以2006年7月热带气旋碧利斯（Bilis）活动期间发生于湖南省东江水库的一次强对流活动为例,基于高时空分辨率的多普勒天气雷达基本反射率数据,利用时空数据分析方法探索这次强对流活动的特征,揭示强对流活动在水库盆地复杂地表环境影响下的活动规律。研究发现,该带状强对流系统的活动集中于水库盆地之内,造成了盆地内外降水的巨大差异,而马蹄形盆地地形可能是造成此现象的重要原因之一;强对流系统的发展和移动路径与库区内山地、峡谷的走向高度一致,喇叭口等地形有助于对流活动的增强;东江水库大面积水体与陆地形成的水陆热力性质差异,也可能有助于强对流活动的发展。     

东江水库对山区盆地大气强对流活动的影响

鉴于山区水库盆地多山地峡谷,拥有大面积水体,其动力和热力非均匀性对强对流活动的影响亟待研究,以2006年7月热带气旋碧利斯(Bilis)活动期间发生于湖南省东江水库的一次强对流活动为例,基于高时空分辨率的多普勒天气雷达基本反射率数据,利用时空数据分析方法探索这次强对流活动的特征,揭示强对流活动在水库盆地复杂地表环境影响下的活动规律。研究发现,该带状强对流系统的活动集中于水库盆地之内,造成了盆地内外降水的巨大差异,而马蹄形盆地地形可能是造成此现象的重要原因之一;强对流系统的发展和移动路径与库区内山地、峡谷的走向高度一致,喇叭口等地形有助于对流活动的增强;东江水库大面积水体与陆地形成的水陆热力性质差异,也可能有助于强对流活动的发展。     

基于改进的统计估算法与暴雨移置法的香港地区4h可能最大降水估算

基于香港地区74站、台湾地区66站和深圳站的雨量资料及4个典型台风暴雨发生期间逐时雨量资料,首先利用改进的统计估算法估算其4h可能最大降水,然后采用分时段地形增强因子法对4个台风暴雨进行分割,去除地形雨分量,最后将概化的辐合雨分量移置到香港地区,与其4h地形增强因子相结合,估算出香港地区4h可能最大降水。结果表明,改进的统计估算法和暴雨移置法估算得到香港地区4h可能最大降水分别为558.5、516.7mm,均高于香港地区4h暴雨纪录。经分析比较,估算结果均比较合理、可靠。     

梅溪流域“莫兰蒂”台风暴雨洪水分析

2016年9月,受台风"莫兰蒂"影响,福建省泉州市梅溪流域发生强降雨过程,产生的洪涝灾害造成严重的人员伤亡及财产损失。对此,以此次梅溪流域洪涝灾害为例,结合降雨数据、径流数据及上游山美水库调蓄数据,采用数据分析、还原计算、实地勘察等分析和计算方法详细分析了台风暴雨洪水过程,并提出具体措施。研究结果表明,此次台风暴雨具有降雨强度大、降雨雨量集中、降雨径流响应时间迅速的特点;洪水快涨慢落,历时长;上游山美水库在洪水过程中发挥了重要的调蓄作用;洪水诱因主要包括气象、外江顶托、自然地理和人为因素等。     

基于深度学习的无资料地区多源降水融合与性能综合评估

为研究卫星-地面站点降水融合校正对遥感降水数据在无资料地区水文应用的意义,构建了考虑时空因素的深度神经网络(CNN-LSTM)融合模型,结合地形因子和气象站点实测资料对渫水流域TRMM 3B42遥感数据进行融合校正,并定量评估校正后的日降水误差。结果表明,经过CNN-LSTM模型校正后的降水数据精度有所提高,其与站点降水资料的相关系数在0.65以上,均方根误差、平均绝对误差、探测率分别比原始TRMM数据精度提升4.01%、8.09%、16.61%,且校正后的数据明显低估了降水;在不同雨强条件下遥感融合校正降水精度表现良好,但对于暴雨事件探测的精度仍有待提高。     

中国典型复杂地形风能资源特性及其形成机制

为提高对复杂地形风资源特性及其形成机制的认识,改进复杂地形风场数值模拟方法,分别选取代表极大起伏山地与宽谷地形的藏南谷地、代表极大起伏山地与深谷地形的横断山区以及代表中、小起伏丘陵山地的山西高原开展风资源特性观测实验,分析不同典型复杂地形条件下天气背景风场、局地大气环流、地形动力强迫、地表摩擦与热力作用对风资源特性形成的贡献,结果表明：山西高原局地大气环流的作用较小;藏南谷地和横断山区的山谷风环流对其风能资源特性的形成起主要作用,尤其是横断山区还存在多尺度的局地大气环流,传统的风电场风资源CFD数值模拟不足以描述如此复杂的风场。因此,在局地大气环流作用明显的复杂地形地区,需要采用中尺度与CFD结合的风电场选址风资源数值模拟方法。     

TMPA卫星降水数据质量评估及水文过程模拟

卫星降水资料在测站分布稀疏的复杂地形区域具有较大的优越性,但卫星与测站获取降水原理不同,需对卫星资料的可用性进行评估。以赣江上游为例,根据雨量站实测降水数据评估热带降雨观测计划（TRMM）多卫星分析降水数据资料（TMPA）的精度,并将该降水数据作为陆面水文模式Noah-LSM的输入,以评估TMPA降水数据在流域水文过程模拟的适用性。结果表明,TMPA日降水数据精度虽偏低,但在我国南方降水资料匮乏地区的水文过程模拟研究中具有一定的应用前景,TMPA月降水数据精度较高,可为无资料地区水资源计算和规划提供数据支持。     

基于WRF模式的好溪流域致洪暴雨千米尺度预报研究

鉴于好溪流域内多山地和丘陵,梅汛期和台汛期常突发强暴雨,致使其千米尺度下的数值预报难度较大的问题,选取好溪流域2015～2020年的10场致洪暴雨事件,利用中尺度数值天气预报模式WRF和GFS预报数据进行6、30、54 h的回顾性预报,并测试了5种云微物理参数化方案的敏感性。结果表明,在千米尺度下,WRF模式模拟的降雨量偏小,对山区的预报效果优于河谷地区;Lin方案的整体预报效果最佳,而WSM3方案最差;选取的10场极端降水事件受到台风和西南低空急流等异常天气的影响,Lin方案和WSM5方案适用性较好;WRF模式对暴雨的预报效果优于大暴雨。研究结果对于提高山区小流域致洪降雨的模拟和预报精度具有借鉴意义。     

打便沟泥石流成因及其形成机理判定

贵州省望谟县北部2011年6月6日普降暴雨(200年一遇)并引发大规模泥石流灾害,给当地居民生活及交通造成严重损害。通过分析打易镇打便沟泥石流的现场调查资料,从物源、地形、降雨等方面分析了泥石流的成因,研究了泥石流的灾害特征和形成机理,对流域内滑坡型泥石流提取重要地形因子进行统计分析,得出了泥石流暴发的最小滑坡面积比例并拟合出临界暴发曲线,为泥石流灾害的预测和防治提供了参考。     

流域尺度全球降水数据产品的相互比较

鉴于国家、大陆和全球尺度降水数据集之间的差异性方面的研究较多而很少考虑河流流域尺度上数据集的可靠性，采用最大/最小差异百分比法和TFPM-MK趋势分析法研究评估了12种广泛应用的降水数据集在全球6 292个流域中降水估计和变化趋势等方面之间的差异。结果表明，降水数据集之间存在较大差异，数据集之间的年平均降水量差异超过500 mm/a的流域共有2 469个，占地面积达4 419.6×10⁴ km²,主要分布在格陵兰岛、非洲、大洋洲和西亚。现有数据产品不能对所有流域的降水趋势达成一致，难以为确保流域内的水利发电、生活供水、防洪和抗旱等方面有效政策的制定和实施提供合理的科学依据。     

PMP估算中地形对山地暴雨增幅作用的影响

在山区可能最大降水(PMP)估算中,当确定移置附近气候相似区某场灾害性特大暴雨后,就必须定量估算山地地形对暴雨的增幅作用,以便在移置之前定量消除地形对被移置暴雨的影响。为了定量估算辐合雨分量及其时空分布形态,以福建莆田地区和香港地区两场不同类型的暴雨为例,基于福建东南沿海地区84个站点和香港地区77个站点1、3、6、12、24h的5个时段的历史年最大雨量资料和实测降雨资料,应用"分时段地形增强因子(SDOIF)"暴雨分割技术分割香港20080607和莆田19991009两场暴雨,探讨山区暴雨期间地形对暴雨的定量影响及其空间分布模式。研究发现山区地形对暴雨有着增幅作用,且随历时增加而逐渐增强,越靠近暴雨中心增强幅度也越显著。同时地形增强因子也受高程的影响,低海拔处地形增强因子的增速高于高海拔处。经暴雨分割后的辐合雨空间分布形态与实测降雨的形态也基本一致。可见基于极值暴雨历史系列统计特性分析及暴雨天气背景和地形地貌特征分析相结合的SDOIF暴雨分割技术,能够有效地反映特定地形对暴雨的增幅作用及其空间分布形态,为山区暴雨移置提供了可靠依据。     

WRF模式不同参数化方案对石羊河流域降水模拟的影响

为深入研究石羊河流域降水过程,选择适用于该地区的最优参数化方案组合,利用WRF3.9对石羊河流域一次降水过程进行模拟,并基于均方根误差、平均绝对误差、相关系数及降水空间分布对比分析了不同微物理、陆面过程、积云对流、行星边界层方案组合对降水模拟的影响。结果表明,不同物理过程对降水的影响各异,以微物理、陆面过程、积云对流过程最为显著,行星边界层方案的影响相对较小,但不可或缺,MRF边界层方案模拟效果较好。其中微物理、陆面过程、行星边界层、积云对流参数化方案组合为(WSM5、Noah、MRF、Grell-Devenyi)时能为石羊河流域降水模拟提供较优结果。     

复杂地形对山西省区域性暴雨的数值模拟试验

为探究山西省复杂地形对暴雨的影响,利用中尺度天气模式WRF对2013年7月9～10日山西省特大暴雨天气过程进行模拟分析,基于山西省地形设计了3组地形敏感性试验,分析了地形对此次极端强降水的影响。结果表明,山西省复杂地形对暴雨特征(暴雨中心、暴雨强度)影响非常显著,当增高地形后,暴雨中心的垂直螺旋度大值区的区域明显变大,扰动位温大值区向东偏移,山西省南部水汽辐合增强,而当地形降低后,垂直螺旋度则明显缩小甚至消失,扰动位温也明显降低,中部水汽辐合增强。并结合动力条件、热力条件和水汽条件,阐述了山西省地形对暴雨发展过程的影响。     

"基于城市雨洪模型的内涝交通影响研究

随着城市化进程的加快以及极端天气的频繁出现,城市内涝问题日益突出。交通损失为超标暴雨积水造成的主要损失之一。从暴雨内涝积水原理及交通通行规律的研究入手,综合运用气象水文、交通、气象、遥感、地理、灾害等学科的理论,以北京典型桥区为研究对象,基于高分辨率的DEM地形资料和降水、土地利用数据,构建典型桥区的一维雨洪模型,采用函数拟合的溢流量—积水深度曲线法模拟道路实际积水过程;耦合桥区一维雨洪模型与交通仿真模型,定量研究了内涝积水对交通系统运行状态的影响度。结果表明,暴雨积水导致的车辆减速、绕行会大大降低交通系统的运行效率。研究成果可为暴雨条件下的交通影响分析提供参考。     

基于卫星降水数据的金沙江流域可能最大降水量计算方法

为探索缺资料地区可能最大降水计算方法,以金沙江巴塘水文站以上流域为研究区,依据该流域测站降水资料,对MSWEP卫星降水数据进行精度评定。选取MSWEP自1979年以来的数据,采用统计估算法计算得到该流域1、3、7、15d可能最大降水量分别为25.2、49.1、86.1、150.9mm;同时,基于该流域及邻近地区的测站资料,采用水文气象法计算得到对应历时的可能最大降水量。对比两套结果发现,相同历时下前者计算结果与后者的相对偏差均在16%以内,表明在该流域基于MSWEP数据,采用统计估算法计算可能最大降水是有效可行的。研究结果不仅为该流域的可能最大洪水计算奠定了基础,更为缺资料地区的可能最大降水计算提供了新途径。     

基于降水-流量关联与水力模型的暴雨洪涝灾害预警

为提高暴雨洪涝灾害预警工作的普适性与时效性,收集松花江流域2011～2015年逐日降水、流量和水位数据,结合前期影响雨量,构建了研究流域三种降雨情景下的降水-流量关系模型;并基于水动力演进法,得到流量-水位关系模型。在此基础上,分析松花江流域暴雨洪涝灾害危险性的空间变化,并结合影像实例对所提方法进行验证。结果表明,松花江流域降水-流量的平均相关系数为0.72,流量-水位关系模型的平均绝对误差为0.78m,模拟效果总体良好;随重现期的变化,河道危险等级有低等级向高等级转变趋势,河道断面评估预警的准确性为71.15%。研究实现了对暴雨洪涝灾害的危险程度的量化分析和快速预警评估。     

淮河流域近58年降水特征分析

为了更明确、具体地了解淮河流域降水的时空分布特征,基于1959～2016年淮河流域170个高密度站点逐日降水资料,采用Spearman秩次相关和对趋势分析较准确的成对斜率回归中值等统计方法,分析了流域不同级别降水的降水量、降水日数和降水强度等指标的时空分布特征。结果表明,淮河流域年降水南北差异较显著,由西北向东南递增,年降水量和降水日数最大的地区均位于流域最南部大别山地区,其值为最小值的2倍左右;平均日降水强度及年暴雨量和暴雨日数的分布相似,东部沿海地区和西南部山区为大值区,西北部海拔流域最高的地区为最小值分布区,在流域中部由西北向东南方向逐渐增多;平均暴雨强度的一个大值区位于流域中部偏西的河南驻马店地区,淮河流域极端强降水的发生地也集中在此地周围;流域整体年降水量有轻微下降趋势,降水日数明显减少(东北部地区尤其显著,干旱风险增加),导致平均日降水强度显著增加。这主要是由10mm以下的小雨尤其是0.1～1mm的微量降水的频数显著减少导致的,而50mm以上的暴雨各指标在流域整体上均无显著的变化趋势;流域春秋两季降水量呈减少趋势,夏冬两季降水量呈增加趋势,属于春秋变干、冬夏变湿的地区。     

大流域DEM的地形结构线的提取方法研究

针对大流域DEM数据的存储,地形结构线的快速提取已成为数字流域中重要的问题,探索了一种分块存储、分块读取大流域DEM数据的方法,同时重点研究解决了大流域DEM数据的存储方法、单个子DEM数据的快速地形线的提取及大流域DEM地形数据的合成问题.在此基础上提出了处理孤立点的问题.实现了大流域DEM数据的地形结构线的快速提取.     

丹江流域水文特征浅析

通过对丹江流域的降水、蒸发、径流、泥沙、暴雨、洪水特征进行浅析,为丹江流域的开发利用提供依据。     

中国沿海地区热带气旋变化特征分析

为探讨中国沿海地区登陆台风的影响，基于1949～2020年间的台风数据和社会经济数据，采用M-K趋势分析、R/S分析、风雨分析和灾情量化等研究方法，全面分析登陆中国台风的时空变化、风雨特征及灾情状况。结果表明，中国台风登陆数量呈减少态势，维持时间呈延长趋势，强度方面呈弱减少、强增多的变化，登陆地点存在向东和向北偏移的状态；登陆台风的风速和降水均呈上升趋势，从最大值角度考虑，风速和降水均呈显著的增加趋势；台风影响已逐渐演变成从第二产业转移到第一、第三产业的灾害格局。研究结果将为减少台风灾害的经济损失提供数据支撑和科学依据。