辽宁葫芦岛市新旧暴雨强度公式对比及暴雨雨型分析

根据1973—2014年葫芦岛市分钟降雨资料建立暴雨统计样本,通过对比分析确定采用年最大值法,基于P-Ⅲ型概率分布曲线拟合,推求出新一代暴雨强度公式。对比新、旧暴雨强度公式,5~30 min历时各重现期雨强以旧暴雨强度公式计算结果偏大,新、旧公式计算的45 min历时各重现期雨强基本相当,60~180 min历时各重现期雨强以新暴雨强度公式计算结果较大。在此基础上,开展葫芦岛市短历时暴雨雨型研究。统计确定雨峰位置系数为0.32,采用芝加哥雨型进行短历时暴雨雨型分析,重现期2 a、降雨历时60、90、120、150、180 min的累计降雨量在38.73~66.99 mm,均以初期累计降雨增长较慢,雨峰前后增长速度较快,之后降雨增速明显放缓。     

吉林市暴雨强度公式推求和设计雨型

利用吉林市1961—2017年分钟降雨量数据,分别采用年最大值法和年多个样法选样,P-Ⅲ型、指数型和Gumbel分布拟合频率分布曲线,根据误差最小原则选择最佳取样及拟合方法,采用最小二乘法求解暴雨强度公式参数,并将新旧暴雨强度公式进行比较,再利用推求出的公式参数模拟吉林市短历时芝加哥雨型。结果表明:通过年最大值法选样和P-Ⅲ型频率分布曲线拟合得到的暴雨强度公式精度最高。5~20 min历时新编暴雨强度公式计算的暴雨强度值与旧编公式相当或偏小,30~180 min历时新编暴雨强度公式计算的暴雨强度值偏大。在相同重现期下,随着降雨历时的延长,雨强变化率逐渐加大。吉林市短历时雨型的综合雨峰位置系数为0.389。30~180 min历时雨型形态均为单峰型,各历时瞬时雨强峰值接近,雨峰位置位于偏整场降雨过程的1/2处之前。累计雨量的变化特征与设计暴雨雨型形态一致。     

宜昌市区短历时暴雨雨型特征

采用宜昌市国家基本气象站1956—2013年共58 a的逐分钟降雨过程资料,分别利用PC法和芝加哥法推求宜昌市区重现期2 a历时30、60、90、120、150、180 min以5 min为单位时段的设计暴雨雨型,并分析比较两种方法所得结果的差异。结果表明:利用PC法推求的宜昌市区各降雨历时设计暴雨雨型基本呈单峰型,历时30、60 min设计暴雨雨型雨峰位置基本处于降雨过程的1/3分位,而历时120、150、180 min基本处于甚至超前于1/4分位;利用芝加哥法推求设计的宜昌市区暴雨雨型雨峰位置基本处于甚至超前于降雨过程的1/3分位,雨峰降雨强度虽随着历时的增加整体呈现减小—增大—减小的波动趋势,但是峰值差异较小;PC法和芝加哥法推求的宜昌市区短历时设计暴雨雨型都具有"单峰型、速度快、高强度、持续久"的特点,因此当短历时暴雨发生时,水利、水文、住建、防洪等部门应在第一时间做好排水排涝准备。     

气候变化背景下北京市短历时暴雨的强度及雨型变化特征

利用1961—2017年北京观象台站逐分钟降雨资料,根据《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》,建立了北京市1961—1990年和1991—2017年两个气候态下的暴雨强度公式和2 a重现期下历时30 min、60 min、90 min、120 min、150 min、180 min以5 min为时间段的设计暴雨雨型。结果表明：1）P-Ⅲ型分布曲线对北京市两个气候态下各历时降雨量的拟合效果最好,暴雨强度公式精度最高。2）对比1961—1990年和1991—2017年暴雨强度公式,整体而言,后者各历时重现期的暴雨强度值较低,但随着重现期的增大,两者的雨强差值也增大。3）1961—1990年和1991—2017年短历时雨型的雨峰位置系数分别为0.436和0.382,2 a重现期下前者的各历时雨峰位置比后者提前,各历时累积降雨均在初期增长较慢、雨峰前后增长较快,之后增速明显减缓。     

基于芝加哥法的桂林市短历时暴雨特征分析

利用桂林气象站1957-2014年逐分钟降雨资料,运用线性倾向估计、M-K突变检验方法分析了桂林市短历时暴雨变化特征,采用芝加哥法推算了重现期2a,历时30-180min的暴雨雨型。结果表明:(1)桂林市各短历时最大降雨量均呈增加趋势,30-90min最大降雨量增加趋势较为显著,120-180min最大降雨量增加趋势不明显;(2)各历时前10个降雨极值在1986-2014年间出现的个数大于1957-1985年间,降雨极端值均出现在1978年以后,各历时年最大降雨量变化均未有明显的突变;(3)桂林市短历时暴雨雨型为单峰型,30-90min雨峰位置降雨量随着历时的增加而增加,90-150min雨峰位置降雨量随着历时的增加先减少后增加,雨峰位置基本处于整场降雨过程的1/3分位;(4)30min和60min降雨过程的累积降雨量一开始出现激增变化,随后增速趋于平缓,历时90-180min降雨过程的累积降雨量经过平缓增加-激烈增加-平缓增加的过程。     

基于芝加哥法的柳州市设计暴雨雨型研究

利用柳州国家气象观测站1975~2014年共40a的逐分钟降雨过程资料,采用芝加哥法分析研究柳州市区设计暴雨雨型。结果表明:各重现期下柳州相同降雨历时设计暴雨雨型的形态一致,各短历时雨型大体呈单峰型;各短历时设计暴雨雨型雨峰位置基本处于整场降雨过程的1/3分位,降雨强度随着重现期的延长而增大;相同重现期下雨峰处降雨强度值随历时的增加呈现"减小—增大—减小"的波动趋势且历时120min的雨峰峰值最大。     

兰州市暴雨强度公式拟合方法研究

本文基于兰州市国家基本气象站1960~2014年降雨资料,通过直接拟合、耿贝尔分布、皮尔逊-Ⅲ型分布研究兰州市暴雨强度公式。选用芝加哥雨型来研究兰州市雨峰系数,结合暴雨强度公式确定短历时暴雨雨型。结果表明:(1)皮尔逊-Ⅲ型分布要优于耿贝尔分布和直接拟合,其调整后的兰州市暴雨公式中1年雨力参数A1为5.532mm/min,重现期调整参数c为3.198,降雨历时偏移参数b为14.92min,n为0.942,平均绝对均方差为0.036mm/min;(2)皮尔逊-Ⅲ分布能够满足不同的降雨历时以及更久的重现期。降雨历时小于90min或者重现期大于20年的暴雨模拟精确度更高,重现期在2~20a的暴雨平均绝对均方差最小为0.03mm/min。      

不同选样方法对Pilgrim&Cordery设计暴雨雨型的对比研究

采用宜昌市主城区国家基本站长序列的逐分钟降雨过程资料,利用PilgrimCordery法(简称"PC法")比较通过自然降雨过程和最大历时过程两种降雨场次样本选样方法推求的设计暴雨雨型,并分析结果差异。结果表明:基于自然降雨过程和最大历时过程选样,利用PC法推求的宜昌市主城区短历时设计暴雨雨型基本都为单峰型,且雨峰均出现在整场降雨过程的前1/3时段。两种选样方法推求的短历时设计暴雨雨型的雨量分配比例存在较大差异,自然降雨过程选样推求的雨型雨峰峰值占总雨量的比例相较于最大历时过程的数值偏大,更为突出。实际工程设计中,设计师应当根据最大历时过程的选样规则进行推求,结合一定重现期下各个历时的降雨量值,进而得到各历时时程分配的具体雨强;计算得到宜昌市主城区重现期2a历时60、120、180 min的雨峰时段雨强分别为1.16、0.86、0.72 mm/min。     

黄山市暴雨强度公式的研制

利用黄山市屯溪气象站1987～2016年连续30a的降水观测资料,获得降水量统计样本;采用"年最大值法"进行资料选样,按照P—Ⅲ分布、耿贝尔分布和指数分布进行分布曲线拟合得到雨强—重现期—历时(i-P-t)三联表;采用最小二乘法、高斯牛顿法求解暴雨强度分公式和总公式参数,根据误差最小原则确定最优方法,得到黄山市暴雨强度公式。结果表明:耿贝尔分布和指数分布各降水历时下的相对均方根误差比P-Ⅲ分布较小;采用最小二乘法参数组合方法计算分公式和总公式误差比高斯牛顿法较小,精度满足国标要求,是目前较为合适的暴雨强度公式计算方法,推荐为最优的暴雨强度公式。     

基于不同取样方法的百色市强降雨雨型研究

利用百色气象站1955—2014年逐分钟降雨资料,采用"自然法"和"最大值法"两种取样方法研究了百色市重现期2a历时30-180min的芝加哥设计雨型,同时对两种取样方法雨型结果进行对比分析。结果表明:(1)"自然法"历时30min的芝加哥设计雨型峰值位于降雨过程的中间位置,历时60-180min的峰值位于降雨过程的中间靠前位置;"最大值法"历时30-180min芝加哥设计雨型峰值位于降雨过程的三分之一位置。(2)历时越长,两种方法峰值位置的降雨强度越大。(3)"自然法"的雨峰位置比"最大值法"的雨峰位置靠后,且"自然法"的雨峰峰值比"最大值法"明显。     

北京降雨过程分型特征及短历时降雨重现期研究

利用北京观象台1961—2004年44 a逐分钟自记降雨资料,采用模糊识别法和统计分析法对北京市降雨过程进行雨型分型,并对5、10、15、20、30、45、60、90、120、180 min共10种不同短历时年最大降雨极值的概率分布利用指数分布、耿贝尔分布和皮尔逊Ⅲ型概率分布函数进行拟合。在此基础上,推算各历时降雨重现期极值。结果表明,暴雨天数年代际差异较大,暴雨量主要集中在50~100 mm范围内;不同月份雨型分布不一致,6月多双峰型,7—9月多单峰型雨型;总体上,北京降雨过程多为单峰型,占80%以上。最大降雨量主要出现在午后至傍晚和凌晨;北京短历时降雨极值的概率分布多数不服从指数分布而服从皮尔逊Ⅲ型分布;重现期降雨极值随历时增加而增大,2 a至100 a重现期内10 min降雨极值取值为10.4~22.6 mm,60 min降雨极值取值为22.3~59.2 mm,180 min取值为53.0~89.8 mm。     

芝加哥雨型法在短历时暴雨雨型设计中的应用

基于山西临汾国家基本气象站1981—2013年逐日雨量资料,对临汾市城区暴雨强度公式修订的基础上,采用芝加哥雨型法,对临汾市城区短历时暴雨雨型设计进行分析研究。结果表明:1981—2013年山西临汾短历时最大降水量年际变化较大,且随着降水历时的延长,年最大降水量极值有增大趋势;年最强降水比较集中,多出现在7月上旬到8月中旬,且在午后出现次数较多。除历时30 min和180 min外,临汾城区短历时暴雨雨峰位置略偏前,短历时强降雨较为集中。瞬时雨强呈先增后减的单峰型分布,各历时的瞬时雨强变化趋势以及分布型基本一致,只是在时间分配上稍有差别,且雨强随着重现期增大而增大。当重现期相同时,雨峰处降雨强度随着历时的延长整体呈现减小、增大、再减小的波动趋势,但峰值雨强差异较小。     

雄安新区长历时暴雨强度公式及其设计雨型推求

设计暴雨研究是城市排水防涝工程建设的重要基础。基于1981—2020年雄安新区3个地面气象观测站的降雨资料,对其降雨量和暴雨日数的时间变化特征进行了分析;采用雄县分钟级降雨数据,通过年最大值法选样,为兼顾长、短历时降雨样本的拟合优度,选用P-III型曲线对降雨数据进行理论频率分析,通过MATLAB的高斯—牛顿法求解暴雨强度公式中的参数,最终得到长历时综合暴雨强度公式,根据同频率分析法对雄县1440 min的设计暴雨雨型进行推求。结果表明：雄安新区多年平均降雨量为490.4 mm,暴雨日数为4.4 d;2000—2020年暴雨日数呈增多趋势,尤以大暴雨增多明显,近10 a大暴雨发生日数占暴雨日数的比率最大,为20.8%,较21世纪初10 a大将近7倍。编制的长历时综合暴雨强度公式,可计算5—1440 min任意历时、2—100 a任意重现期的设计暴雨。雄县以5 min为步长的1440 min设计暴雨雨型为单峰型,雨峰系数为0.806,结合所编制的长历时综合暴雨强度公式,可推求任意指定重现期下1440 min的设计雨型。     

镇江市新一代暴雨强度公式研制及雨型设计

用镇江市1980—2013年连续34 a的降水观测资料,通过数据审核处理建立暴雨统计样本。对镇江市近34 a的暴雨特征进行统计分析,发现其存在较为显著的阶段性变化特征,具备开展新一代暴雨强度公式研制的必要。基于此,采用年最大值法展开修订,基于皮尔逊III型分布确定概率曲线并进行参数推求,研制了镇江市新一代暴雨强度公式。在此基础上,开展镇江市短历时暴雨雨型设计研究。统计发现:短历时暴雨以单峰型分布为主,其雨峰位置大部分出现在整个暴雨过程的前半段。进而采用芝加哥法雨型进行雨型设计,确定雨峰位置系数,得到镇江市短历时暴雨的雨型设计过程,短历时暴雨的瞬时雨强最高达5.9 mm/min,过程累计降水最高达105 mm。     

重庆不同天气系统短历时设计暴雨雨型比较研究

利用重庆主城区沙坪坝国家基本气象站1961—2017年逐分钟降雨资料,根据暴雨成因选取大范围区域暴雨型和局地强对流天气型两类短历时暴雨样本,采用PilgrimCordery法推求设计暴雨雨型,并比较两类天气系统下短历时设计暴雨雨型的差异。结果显示:区域暴雨型样本数占总样本数52.6%,60 min历时单峰型和均匀型占比分别为36.7%和26.7%,120 min历时多为单峰型且峰值在中部,180 min历时雨型主要为峰值在前部的单峰型。而强对流天气型样本数占总样本数的47.4%,短历时雨型基本都为峰值在前部的单峰型。相比区域暴雨型,强对流天气型设计暴雨雨型峰值位置出现较早,峰值强度偏强,降雨累积过程更快。60 min、120 min和180 min峰值分别提前5 min、35 min和20 min,10 a重现期峰值强度分别偏强0.5 mm·min~(-1)、0.9 mm·min~(-1)和0.9 mm·min~(-1)。在设计降雨量相同的情况下,强对流天气型平均积水时间更长,积水量更大,导致的内涝问题更突出。     

湖北省荆门市城区新一代暴雨强度公式的研制

利用湖北省荆门市气象站1974—2014年分钟降水数据,采用"年最大值法"进行资料选样,采用指数分布、耿贝尔分布和P-Ⅲ分布进行分布曲线拟合得到雨强一历时一重现期(i-t-T)三联表,采用最小二乘法、高斯牛顿法求解暴雨强度分公式和总公式参数,根据误差最小原则确定最优方法,并将新公式与现用公式计算所得雨强进行比较。结果指出:P-Ⅲ分布各降水历时下的相对均方根误差较小;采用P-Ⅲ分布、最小二乘法参数组合方法计算分公式和P-Ⅲ分布、高斯牛顿法参数组合方法计算总公式误差较小;新分公式和总公式较现用公式算出的对应雨强整体偏大。建议相关排水规划部门在设计地下管网时加大管径的设计。目前,该公式经荆门市政府同意已发布执行。     

鲁中主城区暴雨强度公式的修正方法

利用鲁中淄博地区1981~2013年降水资料,分析降水变化的时空规律。基于年最大值法选样,采用P-Ⅲ型分布、指数分布和耿贝尔分布对淄博主城区暴雨强度进行理论频率拟合分析,得出重现期—暴雨强度—历时的关系曲线,结合最小二乘法和高斯—牛顿法推求暴雨强度公式参数,以绝对误差和相对误差作为公式主要评价指标,得出淄博主城区暴雨强度公式。结果表明:淄博市近30 a来暴雨强度呈上升趋势,上升幅度由短历时向长历时递减;年平均暴雨日数呈现山区多、平原少的空间分布,其中,淄博主城区最少为1.6 d,南部山区博山最多为2.5 d;P-Ⅲ型分布曲线拟合理论频率—最小二乘法推求参数得到的暴雨强度总公式和单一公式效果最好,总公式平均绝对标准差和平均相对标准差分别为0.026 mm/min和2.35%;新修正的暴雨公式计算的暴雨强度值多数比1980年代编制的大,偏大幅度随重现期的增加而增加,对临近平原地区暴雨强度有较好的拟合效果。     

南疆阿克苏市短历时强降水特征及暴雨强度公式推算

基于阿克苏市1956—2020年的逐分钟降雨数据,采用年最大值法样本选样,分别选取近65年中逐5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180 min等11个降水历时的逐年最大值作为样本数据。采用一元线性拟合方法分析各历时降水年际变化特征,并使用耿贝尔分布、皮尔逊-Ⅲ型分布、指数分布曲线对各历时降水资料进行拟合,对比三种分布曲线拟合结果的理论频率和经验频率后,采用最小二乘法和高斯牛顿法计算暴雨强度公式参数,并进行暴雨强度公式精度检验。结果表明：阿克苏市近年来短历时的城市暴雨特征愈加明显;阿克苏市降水数据使用指数分布拟合、高斯牛顿方法推算所得的暴雨强度公式精度最高。     

柳州市暴雨强度公式修订研究

根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006,2014版)、《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》修订柳州市区暴雨强度公式,选定柳州国家气象站作为代表站,采用年最大值法进行降雨数据采样,采样年限为1995-2014年,挑取最大降水量的时段分为5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min共11个时段。采用概率型分布指数分布曲线进行拟合调整,进行单一重现期暴雨强度公式拟合,计算重现期区间暴雨强度公式和暴雨强度总公式。     

贵阳市暴雨变化趋势及短历时暴雨雨型研究

该文利用贵阳站1951—2013年逐日降水量及1961—2013年逐分钟降水量资料,对贵阳市暴雨变化趋势进行分析,其结果显示贵阳市暴雨平均雨量整体呈上升趋势,暴雨日数及总暴雨量总体呈现出下降趋势,21世纪以来贵阳市暴雨强度有所增强,近30 a的降水极端性及降水强度较强。以1981—2013年逐分钟降水资料为数据基础,依据《室外排水设计规范》(GB50014-2006,2014版)及《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》(2014版)要求新修编的贵阳站暴雨强度公式,采用芝加哥雨型法确定贵阳市短历时暴雨雨型,雨峰综合系数为0.405,即雨峰位于整个降雨过程的终端偏前的时刻。