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。     

短历时强降雨下边坡滑移特征时空分布规律的研究

为了更好地进行边坡在极端降雨条件下的安全预警,探究边坡滑移特征在降雨过程中的发展规律,基于饱和-非饱和渗流理论和三维值模拟技术,以天津"720大暴雨"为典型,探讨了降雨强度和降雨类型对边坡滑移特征时空分布规律的影响。研究结果表明:不同降雨强度和降雨类型对边坡滑移特征的影响不同;降雨类型对边坡滑移特征的影响可归结于瞬时降雨强度和前期累计降雨量对边坡滑移特征的影响;在典型强降雨过程中,浅层土体进入饱和状态的速度和雨强正相关;孔隙水的消散速度和渗径长度呈负相关,支护结构的存在会减缓孔隙水的消散。本文可以为边坡在极端降雨下的安全预警和边坡工程的排水设计提供借鉴。     

基于辽宁省洪水要素及致洪雨量时空分布特征探析

结合辽宁省544个雨量站点及64个水文站点近68年数据,对其致灾暴雨洪水时空分布特征进行分析。结果表明:辽宁省暴雨中心降水量在200mm以上的场次暴雨中心多集中于浑江口以下、沿黄渤海东部诸河两个区域,各年代超标准暴雨中心降水量最大值呈下降趋势;最大洪峰模数由东、西部山地向中部平原区递减,致洪临界雨量整体由东南向西北递减。     

珠江流域强降雨时空变化特征及与风速的响应关系

分析强降雨时空变化特征,探究强降雨前后期风速的响应规律,对掌握强降雨发生规律、提高强降雨-风速响应关系认识、预防及应对强降雨导致的洪涝等灾害具有重要意义。以珠江流域为研究区,基于183个气象站1961—2018年逐日降雨、风速资料,运用Mann-Kendall等方法分析了流域日尺度强降雨与风速时空变化,探究了强降雨前后期风速变化规律。结果表明：(1)上游年强降雨总量呈显著下降趋势,年平均风速变化趋势则相反,中游年平均风速呈显著下降趋势;(2)上游风速越大,强降雨阈值越低,中下游强降雨阈值随着风速先递增后下降;(3)上游强降雨发生前风速逐渐下降,强降雨发生2 d后开始回升,而中下游强降雨发生前风速递增,强降雨后风速下降。研究结果可为珠江流域强降雨及洪涝灾害管理提供参考依据。     

汶川县降雨时空分布特征及设计暴雨频率分析

为减少降雨及设计暴雨时空异质性对汶川县造成的损失,揭示汶川县降雨时空分布特征与设计暴雨特征,基于2001～2020年的GPM卫星降雨数据,采用Mann-Kendall等方法,从年、月、汛期、日等时间尺度和不同量级尺度,对汶川县降雨时空变化进行分析,并采用随机暴雨移置法(Stochastic Storm Transposition, SST)进行设计暴雨频率分析。结果表明：(1)汶川县年总降雨量呈显著增长趋势,主要受汛期降雨变化影响。(2)降雨空间分布不均匀,小雨主要分布在汶川县西南部,中到暴雨主要分布在汶川县东部。(3)基于随机暴雨移置法得到的设计降雨结果具有可靠性;随着降雨历时的增长,设计暴雨中心有从汶川县西南部向中东部移动的趋势;小重现期时,设计暴雨的空间分布不均匀性更为显著。研究成果可为汶川县暴雨洪涝防治提供参考。     

梯级水库输水线路伪鱼腥藻属时空分布特征及影响因子分析

根据中国南方某城市A、B、C 3座重要的地表供水和原水调蓄梯级水库输水线路上2013年5月—2014年6月水环境理化指标和伪鱼腥藻属监测数据,从生物和环境的角度来探究梯级水库输水线路伪鱼腥藻属时空分布特征,应用相关分析法对伪鱼腥藻属细胞密度与其环境影响因子进行相关性分析。结果表明:1伪鱼腥藻属细胞密度有明显的季节变化趋势,且季节性变化与水温显著相关(P0.05)。2伪鱼腥藻属细胞密度在垂直方向上分布出现3种类型:a层b层c层,b层a层c层,c层a层或b层。3伪鱼腥藻属细胞密度沿梯级水库输水线路直线增加。4伪鱼腥藻属细胞密度与水温和TP质量浓度呈显著正相关(P0.05),与TN和TP的浓度比呈显著负相关(P0.01)。     

河北省主要作物系数时空分布特征

为进一步提高农田蒸散量和灌溉量计算的准确性以及优化农业灌溉水资源配置,基于河北省1955—2014年逐日气象数据,借助分段单值平均作物系数法分析河北省冬小麦、夏玉米和棉花作物系数的时空分布特征。结果表明:1955—2014年冬小麦、夏玉米和棉花作物系数均呈不显著下降趋势,全生育期内年际间平均作物系数分别为0.86、0.85和0.83;不同生育期内,3种作物系数变化区间分别为[0.40,1.29],[0.49,1.24],[0.30,1.29]。全生育期内,冬小麦和夏玉米作物系数均呈以邢台为低值中心向四周逐渐增大的空间分布特征,棉花则是由西向东逐渐增大;不同生育期内,冬小麦和棉花的大部分生育期作物系数呈由西向东逐渐增大的空间分布特征,而夏玉米则是由邢台向四周逐渐增大。风速和日照时数的降低是引起3种作物系数减小的主要原因。     

1960—2013年贵州省强降水天数时空变化特征

为深入了解贵州省强降水天数变化规律,基于贵州省1960—2013年19个气象站逐日降水资料,利用气候变化趋势分析法和Kriging插值法分析了贵州省54 a来强降水天数时空变化特征。结果表明:1960—2013年贵州省强降水天数整体呈下降趋势;空间变化趋势呈现中西部大幅减少,东部、南部和北部小幅减少或小幅增加的特点;各坡度带上强降水天数接近,随着高程增加,强降水天数呈减少趋势;北盘江、都柳江、红水河和南盘江强降水天数高于赤水河、牛栏江横江、乌江和沅江;都柳江和南盘江强降水天数呈增加趋势,其他流域呈减少趋势;汛期与非汛期强降水天数分布及变化趋势在高程带、坡度带及各流域上存在差异。研究结果可为贵州省气象灾害防治提供参考。     

黄河河源区洪水时空分布特征统计分析

根据历史洪水资料,采用数理统计方法,分析了黄河河源区洪水的时空分布特点。结果表明:黄河河源区洪水具有涨落平缓、历时长、峰值低、洪量大等特点;每年多有两次洪水过程,一般从6月中下旬至8月中下旬为一次洪水过程,8月底或9月上中旬至10月中下旬为一次洪水过程;其洪水年际变化不大,且具有一定的周期性,平均周期为3.4 a;河源区黄河沿—玛曲区间洪量约占唐乃亥站洪量的65%,玛曲—唐乃亥区间约占30%,黄河沿以上区域洪量仅占5%左右。     

晋城市降雨量时空分布变化特征

为研究晋城市内降雨量时空变化规律,本文提取晋城市5个县地面测站2000—2019年的降雨量数据,利用累计距平百分比分析,得到晋城市年降雨量时空变化特征,采用P-Ⅲ拟合曲线进行降雨频率分布拟合,结合空间插值分析,得出了晋城市年降雨量概率分布特征。结果表明：阳城地区降雨量相对于其他区域年际分配更为不均,需要注意旱涝灾害的防范;晋城市50年及100年设计降雨高值主要集中在晋城市中部及西南部;晋城市东部及南北向阳城区域降水量相对于其他区域不均匀。     

关注过程 强化措施 秦皇岛市全力应对强降雨

入汛以来,秦皇岛市降水时空分布不均,短时强降水、雷雨等强对流天气增多,7月24日、29日,我市连续遭受两次强降雨袭击,全市6个县区、69个乡镇发生了不同程度的洪涝灾害。市委、市政府高度重视防汛抗洪工作,要求加强领导,落实责任,及时预警,最大限度地保障广大人民群众生命财产安全,将洪水灾害损失和影响降到最低限度。     

1961- 2013 年贵州省地面温度时空变化特征

利用贵州省1961-2013年逐日0cm地面温度观测资料,采用ArcGIS空间分析、线性趋势分析、小波分析、Mann-kendall非参数统计检验法等对贵州省地温的空间分布、变化趋势、突变特点、周期变化等进行研究。结果表明:平均地温、平均最低地温年际、季节空间分布大致从黔西北向黔东南随经度增加、海拔和纬度的降低而逐渐升高;平均最高地温年际与秋、冬季空间分布大致从黔东北向黔西南随着经度、纬度的降低和海拔的升高而逐渐升高。平均地温与平均最低地温年际、季节变化均呈增温趋势,尤以平均最低地温年际、季节增温趋势最显著;平均最高地温年际与春、夏、秋季均呈增温趋势,冬季呈缓慢下降趋势。平均地温、平均最高地温、平均最低地温年际、季节突变集中于20世纪90年代以来;且均以春、秋季突变十分显著。平均地温、平均最高地温、平均最低地温年际、季节周期变化主要以长周期为主周期。年平均地温、年平均最低地温与海拔呈显著的负相关,与经度呈显著的正相关,而年平均最高地温则与纬度呈显著的负相关。     

淄博市南部山区降水时空分布特征

淄博市位于鲁中山区的北缘,地势南高北低,南部淄川区、博山区、沂源县境内主要地貌为丘陵和山地,地形复杂,最高点是位于博山区和沂源县交界处的鲁山主峰,海拔1108.3m。复杂的地形决定了降水时空分布的极其不均匀性,夏季局部性、突发性暴雨是防汛工作关注的重点之一。因此,深入研究山区降水的时空分布特征,对于做好防汛工作具有积极意义。     

1980-2015年贵州省不同等级降雨日数时空变化特征

使用贵州省19个气象站1980-2015年的36年逐日降水观测数据,通过计算气候态、倾向率、雨日概率、线性系数,运用样条函数插值法、Mann-Kendall突变检验等现代统计诊断方法,研究了贵州省不同地貌各等级降雨日数的时空分布特征和不同等级降雨日数的趋势变化。得到以下结论:1980-2015年,贵州省各地降雨日数多年平均值在130～200 d之间,全省年总雨日平均值为171 d,小雨日数占总雨日数的81. 31%,对降雨日数的贡献最高,总雨日时空分布由小雨型决定,空间分布上,总体表现为西多东少,中部多南北少;暴雨和大雨日数在空间上呈带状分布,南多北少;中雨日数出现两个大值中心,一个位于东部,另一个位于西南部的岩溶盆地;暴雨和大雨日整体呈微弱上升趋势,而中雨、小雨、总雨日数呈下降趋势,总雨日下降趋势最显著;岩溶峡谷的雨日数最多,非喀斯特区和岩溶槽谷的雨日数最少。暴雨、大雨、中雨日数高值区在岩溶盆地,低值区在岩溶峡谷;降雨日数冬半年少于夏半年,冬季是全年中降雨日数最少的季节,以南部地区较少;贵州省总雨日年内分布可分为3类:平缓型、单峰型、双峰型,岩溶槽谷、非喀斯特区和岩溶高原地区属于平缓型;峰丛洼地地区为单峰型;岩溶峡谷和岩溶盆地为双峰型;小雨日、总雨日数在1997-1998年发生突变,呈显著的下降趋势,暴雨、大雨、中雨日数没有发生突变。     

贵州省农业非点源氮、磷污染时空特征分析

随着水环境污染问题日益突出,非点源污染研究越来越受到重视。本文在国内外相关研究的基础上,利用输出系数法,对贵州省农业非点源氮、磷污染时空特征进行了分析。结果表明：①2000-2010年间,贵州农业非点源氮、磷污染排放总量呈先上升后下降趋势。农田化肥和畜禽粪便是贵州农业非点源污染的主要来源;②氮、磷污染排放总量空间上基本呈中东部少,西北部多的空间分布特征,排放强度空间上基本呈中北部大,东南部小的分布特征,这与化肥使用量和牲畜总量分布一致。     

茂县——银杏220 kV输电线路沿线地质灾害成因与特征研究

地处三个构造带间三角地带的茂县—银杏220 k V输电线路是四川电力网络中重要的输电工程,崩塌、滑坡、泥石流等等灾害,严重影响输电线路的安全和正常运行。为探究其与研究区内的崩塌、滑坡之间的关系,在线路沿线地质灾害详细调查的基础上,选取工程地质岩组、坡度、坡向、断裂构造、区域交通建设共5个影响因子,进行地质灾害成因与分布特征研究。结果表明:变质岩类半坚硬岩岩组、岩浆岩类坚硬侵入岩岩组中灾害数量最多,达灾害总数的71.6%;20°~60°的坡度范围内灾害数量占总数的78.7%,滑坡仅分布于40°以下的斜坡中,而崩塌多分布于30°以上的斜坡;E、W向斜坡较其他方向更容易发生灾害;断层对崩滑灾害的显著控制范围约800 m;区域交通建设的影响范围在400m。研究成果对复杂山区输电线路的规划设计及防灾减灾具有重要参考价值。     

茂县—银杏220ｋＶ输电线路沿线地质灾害成因与特征研究

地处三个构造带间三角地带的茂县—银杏220ｋＶ输电线路是四川电力网络中重要的输电工 程,崩塌、滑坡、泥石流等等灾害,严重影响输电线路的安全和正常运行。为探究其与研究区内的崩塌、 滑坡之间的关系,在线路沿线地质灾害详细调查的基础上,选取工程地质岩组、坡度、坡向、断裂构造、区 域交通建设共5个影响因子,进行地质灾害成因与分布特征研究。结果表明:变质岩类半坚硬岩岩组、 岩浆岩类坚硬侵入岩岩组中灾害数量最多,达灾害总数的71．6％;20°～60°的坡度范围内灾害数量占 总数的78．7％,滑坡仅分布于40°以下的斜坡中,而崩塌多分布于30°以上的斜坡;Ｅ、Ｗ向斜坡较其他 方向更容易发生灾害;断层对崩滑灾害的显著控制范围约800ｍ;区域交通建设的影响范围在400ｍ。 研究成果对复杂山区输电线路的规划设计及防灾减灾具有重要参考价值。     

贵州省近55年降水事件变化特征

为了更深入地了解贵州省气候变化的特征,运用19个气象站1959—2013年降水观测数据,分析了贵州省近55 a来的降水量、降水日数、降水强度的气候特征、变化趋势、空间分布和稳定性。结果表明:空间上,贵州省降水量南多北少,降水日数南少北多,二者呈空间负相关;时间上,近55 a贵州省降水大致可以分为1个平水期、2个丰水期和2个枯水期,降水增强区域面积逐渐缩小;季节差异性显著且随海拔高度增加而加剧;贵州省强降水日数和强度多年平均变化趋势不显著,空间上呈带状分布,最小值分布于威宁—毕节—遵义—三穗一带,但该区域暴雨强度变化率最大;贵州省大雨强度变异系数较小,但暴雨强度变异系数较大,且变异系数最大值分布于暴雨强度最弱的威宁—毕节—遵义—三穗一带。贵州省55 a间降水事件变化最突出的特征是:年均降水量、降水日数和强度相对较小的区域,其降水日数和强度的变化率最大、稳定性最差。针对这一特征应重点分析地形对贵州省降水的影响,加大对极端降水事件发生概率较大地区的降水动态及地质异动情况的观测。     

贵州省1960～2017年降水时空变化特征

针对近年来区域降水异常事件频发的问题,选取了贵州省32个气象站近57 a（1960～2017年）来的逐日降水数据,利用降水发生率和贡献率,分析该地区不同历时和等级降水条件下的时空变化规律,并运用Mann-Kendall法探讨了不同历时降水和不同降水等级的变化趋势。结果表明：① 降水发生率随着降水历时增加呈逐渐减少的趋势;而贡献率则呈先增加后减少的趋势。桐梓、正安、仁怀、余庆、思南、铜仁、贵阳、罗甸和榕江2～4 d的降水贡献率较大;威宁、普安、盘县、织金、兴仁和兴义大于10 d的降水贡献率较大。② 降水发生率随着降水等级的增加呈减少趋势,而贡献率则呈先增加后减少趋势。其中望谟、织金、都匀和安顺暴雨贡献率较高。③ 各历时降水贡献率和发生率变化趋势基本类似,表现为短历时呈增加趋势的站点较多,多数历时发生率呈增加趋势的站点较多。各等级的降水贡献率和发生率的变化趋势也基本类似,大雨和暴雨呈增加趋势,小雨呈减少趋势,中雨发生率呈增加趋势,贡献率则反之。研究成果可为贵州地区防灾减灾工作提供一定科学依据。     

全国山洪灾害时空分布特点研究

山洪灾害的发生具有明显的区域性、突发性、群发性、破坏性强和恢复难度大等特点,其空间分布与暴雨、地形地质的空间分布密切相关。溪河洪水灾害的发生次数具有一定的年际变化规律,降雨量多的年份就是溪河洪水灾害多发年。泥石流、滑坡灾害分布与降雨时间分布具有同期性,在空间和时间上的变化具有与溪河洪水相同的重现性。