气候变化背景下山东省气温与降水时空变化特征分析

【目的】为了探讨气候变化背景下山东省气温与降水的时空变化特征,【方法】根据山东省25个国家级气象观测站1981年1月—2021年2月逐月气温和降水资料,通过线性趋势、Mann-Kendall检验、小波分析、重标极差分析法等方法研究山东省气温、降水的时空变化特征,并预测未来变化趋势。【结果】结果显示：(1)山东省年均气温呈显著上升趋势,倾向率为0.4℃·(10 a)^-1,年均气温在1986年发生较明显突变,鲁南东部和西部、鲁西北东部及半岛西部增温最快。山东省年降水量呈不显著增加趋势,倾向率为26.5 mm·(10 a)^-1,未发生明显突变,鲁西北东部和鲁南东部降水增加最明显。(2)山东省四季平均气温均呈显著上升趋势,倾向率分别为春季0.5℃·(10 a)^-1、夏季<0.3℃·(10 a)^-1、秋季0.3℃·(10 a)^-1和冬季0.4℃·(10 a)^-1;春季、夏季、冬季降水量呈不显著增加趋势,倾向率分别为5.5 mm·(10 a)^-1     

基于“情景-应对”的随县柳林镇“8·12”山洪灾害推演

【目的】降雨诱发的山洪具有暴涨暴落特点,其防御及应急也一直是我国防汛减灾工作中的薄弱环节。为指导山洪灾害应急救援工作,减少暴雨山洪带来的影响及损失,【方法】以湖北省随州市柳林镇“8·12”山洪灾害为研究对象,基于“情景-应对”式情景构建方法,采用无人机航测技术提取柳林镇地形、植被等信息要素,构建柳林镇“8·12”山洪事前、事中、事后情景;在此基础上耦合“水文-水动力”模型推演了暴雨诱发山洪的全过程,从而对本次灾害应急过程进行了深入分析。【结果】结果显示：柳林镇“8·12”山洪在12日3时30分左右洪水位开始猛增、2.5 h后即达到峰值,最高淹没深度超5 m,峰值过后3.5 h洪水基本褪却,极快的流速和暴涨的水位导致有效转移时间不足1 h。【结论】结果表明：基于“情景-应对”式灾害情景构建方法,可全景式再现山洪灾害孕灾-发灾-致灾全过程;耦合水文-水动力模型在无人机获取的高精度地形数据基础上具有较高的适用性;能力评估揭示了本次山洪灾害重大人员伤亡的主要原因是气象预警能力不足、人员撤离不及时以及应急救援力量薄弱。     

TRMM卫星降水数据在江苏省的适用性评价

利用江苏省内167个雨量站点2000—2013年的实测资料,多尺度检验和探讨TRMM卫星降水数据(TRMM 3B42日降水产品、TRMM 3B43月降水产品)在江苏省应用的可行性。在多年平均尺度上,TRMM降水数据和实测降水数据空间分布上均呈现从南向北递减,但TRMM降水值高于实测降水量。在日尺度上,通过降水频率、漏演和空演率、降水分级分别检验了TRMM 3B42降水数据与实测降水数据的吻合程度,连云港市和宿迁市漏演率和空演率均较低,在该两地可用TRMM反演数据较为准确地判别实际情况有无降水;TRMM 3B42数据对小雨测量的相对误差较大,对中雨、大雨、暴雨的相对误差较小。在月尺度上,通过相关性系数和绝对误差的检验,看出TRMM 3B43数据与地面实测数据一致性程度整体较高,其中在徐州、连云港北部相关性最高,在江苏南部、洪泽湖周边相关性略差。在年尺度上,比较了实测降水数据与TRMM降水数据的变差系数,两者呈现较一致的规律,江苏南部年降水量波动小,北部波动大。     

考虑成层土阻水减渗效应的地表水入渗过程分析模型

为完善地表水入渗过程分析的理论方法,抓住从高吸力土入渗到低吸力土,入渗会有停滞和入渗速率降低的特点,考虑湿润锋附近土体的非饱和特性,将土壤中水分运移划分为上层土入渗阶段、滞水入渗阶段和下层土入渗阶段,推导了可反映成层土入渗中阻水减渗作用的地表水入渗模型。通过与已有试验结果和现有同类型模型的对比分析,对模型参数进行敏感性分析。结果表明：本文模型比较准确地描述了层状土入渗中的滞水和减渗现象,更好地反映了入渗机理。当湿润锋行进发生停滞时,假设入渗速率呈线性下降是符合实际情况的。不同的土体性质对入渗有不同的影响：下层低吸力土的种类、埋深及积水深度对入渗特性有较大的影响;土体初始含水量仅对入渗时间影响较大;湿润锋过渡区占比对滞水作用有较大影响。     

基于地形修正的降水空间插值方法及其应用

获取精准的降水空间分布信息对于水资源管理和洪涝灾害预报预警具有重要意义。地形变化对降水空间分布有显著影响,然而传统的降水空间插值方法难以考虑这种影响。基于黄土高原气象站1988～2017年长序列降水观测数据和高精度地形数据,建立了综合考虑站点与插值目标网格的位置、高程及坡向关系的降水空间插值方法(Angular Distance Aspect Gradient Weighting method, ADAGW),并在黄土高原地区进行应用。结果表明：相较于传统空间插值方法,ADAGW方法能够更有效地捕捉复杂地形下的降水空间分布。该方法在日尺度、月尺度、年尺度上的空间插值结果的决定性系数(R²)和均方根误差(RMSE)均优于传统降水空间插值方法;地形对于降水分布的影响与时间尺度有关,当时间尺度较长时,地形因素对降水分布的影响更为明显。该方法考虑了高程及坡向对降水空间分布的影响,有助于获取更精准的面雨量分布。     

中国地区近40年降水结构时空变化特征研究

基于中科院青藏高原所提供的CMFD资料,研究者对中国地区近40年来的降水结构时空变化特征进行了分析。结果表明,1979年～2018年间我国年均降水量呈现出较为明显的增长趋势,且未来几年持续增加的可能性极大;近40年来我国汛期降水量占全年降水总量的比例大体稳定,但有微弱下降趋势;华东、华中和华南等地区近5年来降水量增加显著;西南、西北及东北等地区降水年内分配不均匀性下降明显;华东和华南等地区发生极端降水事件的频率及强度均有所增加。     

降雨条件下边坡暂态饱和区形成条件与演化特征数值分析

为分析降雨入渗条件下边坡暂态饱和区形成条件与演化特征,开展不同坡度条件下边坡降雨入渗数值模拟计算,分析降雨条件下边坡暂态饱和区形成条件,研究降雨强度、饱和渗透系数、坡度等多因素对边坡暂态饱和区演化特征的影响。研究结果表明,降雨条件下边坡暂态饱和区的形成条件为：①降雨强度大于等于岩土体饱和渗透系数;②降雨入渗进入饱和状态土控制入渗阶段。降雨条件下,降雨入渗影响区、暂态饱和区均持续向下扩展;降雨停止后,地下水位线以上的岩土体孔隙水压力、体积含水气量持续降低,且地下水位线不断升高。降雨强度小于岩土体饱和渗透系数时,降雨入渗影响区扩展速率与降雨强度呈正相关;降雨强度大于等于岩土体饱和渗透系数时,降雨入渗影响区、暂态饱和区扩展速率受降雨强度影响较小。降雨期间,降雨入渗影响区、暂态饱和区扩展速率与饱和渗透系数随深度的变化率δ_kz呈正相关,孔隙水压力峰值与δ_kz呈负相关;降雨停止后,地下水位线、孔隙水压力峰值与δ_kz呈正相关。降雨初期,降雨入渗影响区面积、孔隙水压力峰值与坡度呈正相关;降雨后期及降雨停止后,降雨入渗影响区面积、暂态饱和区面积、地下水位线高度与坡度呈负相关。     

深圳市降水变化特征及其未来变化情况预测

基于1998—2018年深圳市日降水资料,采用降水相对变率、集中度及集中期分析了月尺度、年尺度降水稳定性及其年内分配特征,运用Mann-Kendall非参数法和相关函数法对深圳市年降水量、降水稳定性和分配特征参数的变化趋势、突变特征及其未来降水变化特征进行分析与预估。结果表明:深圳市汛期降水稳定性比非汛期更好,年际降水分布稳定性较差,降水集中期为每年6—8月份,降水集中度处于0.23~0.72;降水量和降水分布特征参数均在2011—2013年发生突变,在发生突变后降水相对变率和集中度呈下降趋势,而年降水量和集中期呈上升趋势;深圳市未来降水序列变化趋势受过去变化特征的影响,其中未来年降水量有减少的趋势,降水集中程度逐渐增强,降水稳定性逐渐变差,年内降水分配均匀性变差,降水集中期持续向后推迟。研究成果为深圳市合理蓄水和用水提供科学依据,对水资源调度、利用以及防汛抗旱具有实际指导意义和重要的学术价值。     

降雨入渗对膨胀土渠坡稳定性的影响研究

膨胀土是一种遇水膨胀,失水收缩的特殊岩土,水对其力学特性影响显著。以南水北调工程中线河南境内某膨胀岩渠坡为例,考虑渗流场与应力场的双向耦合作用,采用有限元强度折减法,研究降雨入渗对膨胀土渠坡的抗滑稳定性影响。计算表明,随着降雨强度和降雨历时的增加,渠坡抗滑稳定安全系数所有减小。考虑降雨入渗对膨胀土抗剪强度的影响后,渠坡安全系数显著下降。