维他克河一次山洪、泥石流初步分析

2003年6月21日，维他克河发生了特大山洪，洪峰流量排在有正式水文资料记载以来的第二位，部分河沟发生泥石流，给流域造成了严重灾害。本文根据流域实测降水、流量及气象卫星云图等资料，对此次洪水、泥石流过程的水文特性和气象成因作了初步分析。     

多源降水在门头沟山洪模拟中的应用及比较

2017年6月18日14时,北京门头沟区石羊沟流域爆发山洪泥石流,造成人员伤亡。使用站点降水、融合降水、雷达降水和卫星降水驱动WRF-Hydro水文模型运行,评估不同降水资料在本次山洪模拟中的效能。结果表明,各种降水的空间分布和时间演变较为相似,但除雷达降水外,其他降水均存在较大程度的低估。利用雷达降水模拟出的山洪与实际山洪在出现时间和洪峰流量上最为相近,利用其他降水模拟的山洪出现时间相近但低估了洪峰。目前常规台站观测降水暂不满足对小尺度突发山洪的研究和预警需求,亟需融合更多的自动站和雷达、卫星等实时高分辨率降水产品。     

基于隐马尔可夫模型的中小河流致灾雨量阈值研究

基于数字高程模型(digital elevation model,DEM)高程数据和D8算法实现了湖南中小河流流域子流域划分。利用洪水预报网络传播模型,构建中小河流各子流域径流拓扑结构并提出了空间子流域等效面雨量的概念。基于等效面雨量序列和径流观测序列,构建了基于时空概念的隐马尔可夫降水-径流模型,并利用该模型计算了中小河流各子流域不同时间尺度条件下暴雨致灾临界面雨量阈值,最后利用2010—2015年实况资料对阈值进行检验,结果证明相比传统统计法,新方法的计算结果与传统方法结果一致且具有很好的准确性和稳定性。基于2015年6月的一次暴雨灾害预报,证明了该方法适应于业务化运行。     

基于FloodArea的三峡库区小流域山洪面雨量分析

以三峡库区普里河下游流域作为山洪灾害淹没模拟的研究区域,通过泰森多边形方法和算术平均方法分别计算流域面雨量,采用FloodArea模型对两种方法下的同一降水过程进行模拟,结合实地考察流域内淹没时间和淹没水深资料对比分析两者的模拟结果。结论表明:泰森多边形方法下的山洪灾害淹没模拟能较好地反映普里河下游流域内的因降水导致的山洪推进路线、淹没范围及淹没水深,且该方法下推算的山洪灾害致灾临界面雨量更具有实际应用价值。该方法可用于推算流域内的山洪灾害致灾临界面雨量。     

2006年汛期VIC水文模型模拟结果分析

利用大尺度陆面水文模型VIC及其汇流模型模拟了2006年5-9月全国0.5°×0.5°逐日径流深和土壤相对湿度分布,对淮河流域2006年汛期(6月28日-7月5日)强降水过程期间的模拟结果进行了渍涝灾害的分析.同时对流域主要水文站逐日流量(0.5°×0.5°)过程进行了模拟,并与实况作了对比分析;并且针对淮河流域不同空间分辨率(0.5°×0.5°及0.1°×0.1°)下主要水文站点的逐日流量过程进行了比较.结果表明:VIC模型模拟的径流深和土壤相对湿度分布与降水分布是一致的,模拟土壤湿度具有可用性.利用累计降水、径流分布和土壤相对湿度及流量变化可以监测渍涝灾害的发生;VIC模型及其汇流模型在一定程度上可以反映出实际流量的变化趋势,模拟流量对降水较敏感,细网格模拟流量在量值上与实况更为接近;模拟结果误差可能跟汇流模型中流域边界的确定、参数率定、气象强迫资料等因素有关.     

基于FloodArea模型的暴雨洪涝灾害评估技术研究

以日照市五莲县中至河流域作为研究对象,基于数字高程模型（DEM）及GIS技术提取流域边界,对流域内气象站的降水数据采用泰森多边形法计算暴雨过程中的逐时面雨量,应用水动力模型FloodArea进行洪水模拟,并对模型输入参数进行校正,进而结合土地利用类型对灾害影响程度和范围进行分析评估,结果表明：（1）FloodArea模型在中至河流域具有较好的适用性。（2）将洪水模拟结果与承灾体分布相叠加可以直观地获取受灾害影响的暴露信息。（3）在2015年8月7日降水过程中,流域受洪水淹没深度0.3m以上的面积达到76km2,其中耕地面积最大。日照市五莲县洪凝镇人口、GDP分布较为集中,受洪水影响最为严重。（4）受基础地理数据分辨率、经济统计信息精细化程度所限,目前基于ArcGIS平台计算得出的量化结果仍不够精确,有待进一步提高。     

遵义地区降水型滑坡和泥石流前兆强信号研究

本文对贵州省68个土壤湿度站和降水资料做的相关性分析,结果表明土壤湿度与降水的相关性体现在集中降水的同步对应关系和持续性降水的滞后相关关系上,土壤湿度与前期降水的正相关关系随前期降水日数的累积而增加,且在4-6日左右达到稳定。基于遵义地区28例降水型滑坡泥石流灾害个例分型讨论了土壤湿度增量的垂直分布和水平分布特征,说明在引入模型时应该主要考虑表层（10~20cm）的土壤湿度的变量累计,根据降水类型的不同需要分型讨论变量引入模型的统计时段。在以上研究基础上,建立了能够同时反映降水和土壤湿度中短期变化特征的降水型滑坡泥石流前兆“强信号”指标模型。模型分集中降水型和分散降水型两种情况,并包括降水变量和土壤湿度变量两项,分散型模型的统计时段为灾害日前两日内,集中型模型的统计时段为灾害日前6日内,权重系数根据研究地区的降水类型、土壤类型和田间持水量等相关因素的配置综合考虑和调整的后确定的经验系数。对遵义地区23个个例建立模型并检验的结果较好。     

中国降水型泥石流研究现状

在综合调研泥石流研究现状基础上,总结了降水型泥石流研究进展。从降水资料的使用、泥石流发生区域雨量的估算、分析降水与泥石流关系的模型、环境背景因子的考虑等四个方面分别进行了论述。目前加密雨量观测资料、卫星雷达资料的应用,提高了泥石流灾害所在小流域实况降水估算精度。由简单地考虑临界雨量发展到考虑前期间接有效雨量、前期直接有效雨量、激发雨强和历时,同时考虑降水类型对泥石流的影响。目前降水和泥石流的关系模型发展为确定性模型和概率性模型。环境因子的考虑向两个方向发展:一种倾向是针对环境背景数据开展更加精细的区划,针对每个区域单元所处的环境背景情况建立降水与泥石流关系模型;另一种发展趋势是利用信息量等模型将环境因子作为降水与泥石流关系模型中的变量。     

云南滑坡泥石流灾害精细化气象预警系统

通过开展低纬高原地区MM5 V3不同参数化方案降水模拟试验,建立了基于SGI O350小型机的MM5中尺度数值模式业务系统.使降水预报输出产品时间分辨率小于等于60 min、水平距离分辨率小于等于10 km;对雷达、卫星降水反演资料与气象站及加密雨量站的实测资料用权重法集成为精细化实况降水场;基于滑坡泥石流灾害发生的天气气候背景和不同地质地貌条件下滑坡泥石流与降水的关系研究,采用PP-ES模式,建立了以时间分辨率为12 h、水平距离分辨率为30 km的滑坡泥石流灾害气象等级预报产品为主要内容的云南省精细化滑坡泥石流灾害气象监测预警系统.     

青海省泥石流预警模型

根据野外考察和分析,利用模糊数学方法,定义了青油省玉树州结古镇泥石流沟固有危险度,并以分段函数的形式定义了夏季泥石流降水指数,初步建立了当地泥石流危险度的二级综合判别预警模型。对玉树州结古镇5条泥石流沟的危险度做了判别,对不同降水级别所对应的泥石流危险度进行预报,得出相应的预警等级。并以2003年7月29日结古镇北山泥石流为例,对该模型的有效性进行了初步检验。     

四川省康定市泥石流灾害与降水预报阈值确定

通过对康定市历史泥石流灾害资料与历史气象降雨资料进行统计分析,揭示了康定市泥石流灾害与降雨的关系特征,并在此基础上,研制了康定市1h、3h降雨量诱发泥石流预警指标。结果表明:康定市境内各地均有发生泥石流灾害的可能性,东部地区是泥石流的高易发区。康定市境内泥石流灾害发生与当日降雨量、短时强降雨、前期有效降雨量关系密切。降雨量大且降雨强度强的月份（6~8月）易发生泥石流灾害。短时强降水的强度越大,发生灾害的风险越大,强降水出现频率最高的时段（19:00~02:00）也是泥石流高发时段。当降水强度<10mm/h和20mm/3h时,有出现泥石流的可能性,泥石流灾害气象风险等级为4~5级;当降水强度达到10~20mm/h、21~35mm/3h时,发生泥石流的可能性较大,风险等级为3级;当降水强度达到21~35mm/h、36~50mm/3h时,泥石流发生的可能性大,风险等级为2级;当降水强度>35mm/h、50mm/3h时,泥石流发生的可能性极大,风险等级为1级。      

气候变化情景下泥石流危险性响应分析

通过中国1950—2010年降水日值0.5°×0.5°格点数据和CMIP5的6个气候模式数据,以2010年舟曲8·7特大山洪泥石流为例,估算此次灾害发生的降雨重现期,并估算未来同等重现期下的降雨量,基于HEC-HMS和FLO-2D模型模拟该降雨量下山洪泥石流堆积面积与泥沙冲出量,进而得到了气候变化背景下的泥石流危险性变化。结果表明：2010年舟曲8·7山洪泥石流灾害的降雨重现期为1500 a,未来相同重现期下降雨量为113.7 mm。设防水平不变条件下,舟曲县城泥石流堆积面积可达2010年灾害的173%,总泥沙量增加到148%,且泥石流堆积面积增加的区域主要位于2010年舟曲县城人口密集区。可见,灾后重建中舟曲县城一半以上居民的转移安置政策有利于弱化未来气候变化背景下泥石流危险性增加的不利影响,是一种有效的气候变化适应性举措。     

泸定县泥石流灾害特征及降水因子分析

泸定县地质环境条件复杂,新构造运动活跃,是泥石流灾害高易发区.在对前期多次泥石流灾害发生后的灾后调查了解的基础上,分析泸定县泥石流灾害特征,并利用历史地质灾害记录与历史气象资料,研究泸定县泥石流灾害发生与降水的关系.结果表明：（1）泸定县境内泥石流灾害不仅具有分布广、发生频率高、危害重等特点,而且,具有群发性、夜发性、周期性特征.（2）泥石流发生与当日降雨量、短时强降雨、前期有效降雨量关系密切;对6天及以下累积有效降水量36mm、8～10天累积有效降水量49mm、11～14天累积有效降水量101.6mm以上等前期降水条件较为敏感,前期有效累计雨量、天数增加,当日激发雨量、雨强逐步缩小,随着激发雨量增大、小时雨强越强,泥石流灾害将发生质变.当前期有效降雨不明显,泥石流爆发需要较强的激发雨量。     

滑坡泥石流大尺度统计预报模型的实时检验

利用滑坡敏感性分布和降雨阈值公式建立了一个滑坡泥石流统计模型,该模型可以用于中国大尺度范围内的滑坡泥石流预警。使用CMORPH卫星降水驱动该统计模型,对2016—2017年的106起滑坡泥石流事件进行了验证分析。结果表明,该模型能较好地预警大多数滑坡泥石流事件,其中对72. 1%的雨季滑坡泥石流事件能较好预警,但对非雨季的事件只有35%能较好预警,对雨季的预警效果明显优于非雨季。由于滑坡泥石流主要发生在雨季,因此该模型总体上具有较好的效能。该模型对于强降雨引发的快速滑坡事件具有较好的预警能力,但对于由强度较小、持续时间较长的降雨引发的慢过程滑坡事件的预警效果有待提升。利用该统计模型以及CMORPH实时卫星降水产品,可以建立滑坡泥石流大尺度实时预警系统,对滑坡泥石流减灾防灾具有一定意义。     

山地等价雨量

提出山地等价雨量概念和计算方法,以达到滑坡泥石流预警指标借用国家暴雨预警标准的目的.在对国家与中国西部山地的暴雨标准进行对比后得到国家标准刚好是山地标准的2倍;由大多数滑坡泥石流灾害发生在海拔高度1300m地带的事实,让高斯分布描述二者关系成为可行的选择;气象与国土部门流行的潜势雨量对滑坡泥石流潜势作用计算式,促成了山地等价雨量计算式的最终形成.通过对平原、山地、高原等不同环境的模拟评测试验和实况抽样检验,山地等价雨量公式能够达到预想设计效果.现在山地等价雨量公式已经用于滑坡泥石流预警分析图网站自动化发布,其运行效果尚需进一步在实践中加以验证.     

多普勒天气雷达资料同化对冬季暴雨模拟的影响研究

采用基于本征正交分解的四维集合变分同化（POD-4DEnVar）方法,利用梅州站的多普勒天气雷达资料和NCEP资料,对2015年12月9日一次华南冬季暴雨过程进行同化试验,探讨了同化不同的雷达观测要素对暴雨模拟的影响。结果表明:同化多普勒天气雷达资料有利于削弱控制试验偏强降水的模拟结果,改善降水分布结构;同化不同的雷达观测要素得到的模拟结果不同,同时同化径向风和反射率的降水模拟结果最好。同化试验对降水模拟结果的改善主要通过调整初始时刻的风场和水汽条件来实现,一方面减弱偏南风和偏东风在暴雨区的辐合,阻碍海上暖湿气流对暴雨区的水汽输送,另一方面直接削弱暴雨区的水汽条件,大幅降低水汽混合比。同化试验相对于控制试验的同化增量远大于不同雷达观测要素的同化试验之间的分析场差异,这表明同化不同的雷达观测要素对初始风场和水汽条件的调整呈现类似的特征。虽然同化试验的初始场存在较小的差异,但随着模式积分,16 h后模拟降水出现了明显差异。分析同化试验之间的初始偏差演变发现,850~700 hPa的平均垂直速度偏差和雨水混合比偏差在模式积分至16 h开始急剧增长,这种变量偏差的急剧增长与逐时降水偏差的迅速增加一致,是降水偏差增长的直接原因。另外,这两个变量偏差的增大,也伴随着偏差能量的增大,变量偏差增长最明显的时段为偏差能量增幅最大的时段,且偏差能量迅速增长早于变量偏差和降水偏差的迅速增长,变量偏差增长最明显的区域为偏差能量梯度较大的区域。     

基于优势分析法的河北省暴雨对房屋致灾阈值研究

利用河北省1984～2014年142个国家气象站的降水资料和历史灾情,以房屋为承灾体,基于优势分析法确定致灾因子的影响权重,构建暴雨综合致灾指数模型。以影响环境脆弱性的要素为指标,运用K-mean聚类分析法将河北省分成5个区域,采用指数函数拟合房屋损失与综合致灾指数的关系,反推出各个类型区不同灾情等级对应的综合致灾指数阈值,并通过2015～2019年的124个灾情案例进行验证。结果表明:河北省暴雨造成的房屋灾情事件发生次数总体呈现出北多南少的特征,北部山区普遍在10次以上。致灾因子中过程总雨量的影响权重最大,为68%,最大日降水量、持续日数、过程最大小时雨强所占权重分别为22%、6%和4%。模拟灾情的最佳等级分割点为损坏房屋1180、335、235间,此时模拟灾情等级与实际灾情等级一致的比例最高（67.4%）。阈值检验中,2015～2019年灾情案例的准确率为69.8%,轻度灾情等级的准确率最高。     

基于AHP的天津泥石流灾害评估

利用天津市蓟州区降水、地形地貌、人口、地质灾害、DEM数字高程数据等资料,以天津北部蓟州区为研究对象,采用无结构不规则网格设计方法对研究区域进行网格划分,应用层次分析法（AHP）确定直接雨量和间接雨量、水流流速、地形地貌、人口密度、发生频率等泥石流危险因子权重,建立天津泥石流危险度评估模型。利用模型对蓟州区2011-2018年11次强降雨过程进行泥石流危险度评估。结果表明：过程降雨量最大、降雨最为集中的2016年7月20日泥石流危险度最高,雨势平稳的2018年8月12-14日危险度最低;蓟州区2012年7月22日出现的双安泥石流以及2018年7月24日出现的小型山体崩塌,在模型对应的区域内均显示有泥石流风险存在,表明模型对泥石流具有较好的评估能力,可应用于业务和服务中。采用广义极值分布函数计算了蓟州区不同重现期1 h和12 h雨量,利用泥石流危险度评估模型模拟不同重现期雨量的泥石流风险,研究结果可为相关部门和行业提供决策参考。     

1950—2015年我国铁路气象及其衍生灾害特征分析

利用1964-2015年气象观测资料对河北廊坊冰雹天气的时空分布特征进行分析,并利用MICAPS资料、北京探空资料及多普勒雷达资料研究了廊坊冰雹日的天气形势、物理量特性及雷达回波特征。结果表明：廊坊冰雹日数整体呈下降趋势,20世纪80年代末至90年代初降雹达到高峰期。冰雹天气主要发生在1519时,多持续1～5 min。廊坊冰雹有明显的地域特征,西北部较多。降雹日500 hPa环流形势有4类,并对应3种地面形势。对预报冰雹天气有指导意义的物理量参数阈值为：冰雹开始前对流层中下层存在逆温层或等温层;对流参数SI指数或LI指数<0,中低层假相当位温随高度减小;0 ℃层高度多为3050～4702 gpm,-20 ℃层高度多为5996～8332 gpm,850 hPa与500 hPa温差为27～32 ℃,低层有大的垂直风切变,近地面925 hPa垂直风切变为5.5～15.0 m·s-1·km-1。此外,廊坊冰雹云回波有块状单体和飑线两种结构,回波中心强度普遍大于60 dBz,垂直结构上均有悬垂回波,速度场为逆风区或旋转速度>12 m·s-1的弱切变,VIL普遍大于35 kg·m-2,ET普遍大于11 km。