基于Copula函数的暴雨要素三维联合分布——以宽甸县为例

以辽宁省宽甸县为例,利用1955~2012年逐日降水数据,提取年暴雨日数（D₅₀）、年暴雨量（P₅₀）、年均暴雨强度（I）和暴雨比（R）共4个暴雨要素,运用K-S法确定各单要素最优概率分布函数;针对暴雨要素多面性,通过引入Copula函数,构建三维联合分布并进行AIC和RMSE优度检验,确定适合暴雨要素的最优Copula函数,分析多要素联合后暴雨的概率和重现期特征。研究表明： ① 单变量拟合仅反映暴雨单个要素本身的信息,无法涉及要素间的联系;三维Copula联合可从3方面呈现暴雨要素间的内在信息,更贴近实际;暴雨本身的多要素性,为Copula函数在暴雨分析上提供了广阔前景; ② 年暴雨日数、年暴雨量和年均暴雨强度的联合适合反映宽甸县暴雨重现期;宽甸县暴雨联合重现期短,多为0~2 a,同现重现期较长,集中于200 a左右;2种重现期变化趋势一致,存在同步效应,反映了暴雨要素的不可分割性。     

基于Copula的近60a京津冀地区干旱灾害危险性评估

干旱灾害是京津冀地区主要气象灾害之一，严重影响社会经济和粮食安全。评估京津冀地区干旱灾害危险性，识别高危险区，旨在为灾害防范和应急调控提供参考。利用1958—2017年37个气象站降水日数据，计算标准化降水指数（SPI6），根据游程理论界定干旱历时和干旱强度。运用K-S检验法、AIC法分别确定指标的最优边缘分布函数和Copula函数，计算5 a、10 a、30 a及50 a一遇水平下干旱强度和干旱历时的重现期。结果表明：京津冀地区20世纪60年代中期至今SPI6呈下降趋势；指数分布和广义极值分布分别是干旱历时和干旱强度的最优边缘分布，Frank Copula在变量联合概率分布计算时拟合最好；就干旱历时和干旱强度重现期而言，30 a、50 a一遇水平下联合重现期为，北京市、沧州市、衡水市及承德市北部等地区的重现期长，危险性低，其余地区危险性较高；站点干旱灾害的联合重现期理论值与实际情况较符合，能够反映实际灾害情况。     

基于Copula的区域水文干旱频率分析

以径流量为水文干旱指标,通过径流量距平百分率和径流量累积频率两种方法识别水文干旱特征变量,并以适线法确定单个干旱特征变量的分布曲线,在此基础上利用Archimedean Copula函数构建了干旱历时与干旱烈度间的联合分布,并计算干旱重现期。应用研究结果表明:用Copula函数,得以上两种识别法提取的干旱历时和干旱烈度的联合概率分布,其重现期计算结果与区域实际受旱状况相符,其中径流量距平百分率法相对更优、更直观;适线法避免了基于样本数据估计分布函数参数的不合理性,使基于Copula函数的频率分析结果更可靠。     

区域气象干旱特征多变量Copula分析——以阿克苏河流域为例

根据阿克苏河流域及其周边区域9个站点1960~2010年日降水资料,以降水距平百分率(Pa)指数表征气象干旱状况,构建了3种Archimedean Copula函数,通过4种方法(RMSE、AIC、BIC、Bayes)的检验,选出GH Copula作为最合适多变量干旱特征联合分布函数,并开展了研究区干旱特征两变量联合分布及重现期研究。结果表明:1 3种Archimedean Copula函数中GH Copula函数对研究区域干旱联合重现期分布的拟合效果最优;2研究区整体上干旱风险较大,东部比西部干旱风险高,南部高于北部;3发生中等干旱和严重干旱时,阿拉尔和柯坪干旱风险增大,整体上"且"与"或"联合重现期的分布大体一致,发生长历时干旱时,干旱的严重程度也大,说明此区域的干旱特征对开展风险管理及应对很不利。     

中国沿海地区近20年台风灾害风险评价

依据自然灾害系统理论,综合考虑致灾因子和承灾体特征,提出台风灾害风险评价方法。在GIS环境下对中国沿海地区台风灾害危险性、脆弱性和风险进行分析评价。评价结果显示:海南省、上海市和广东省、福建省、浙江省的沿海区域台风灾害危险性较高;北京市、天津市、上海市和江苏省、山东省的大部分地区及广东省、福建省、浙江省、河北省的沿海区域承灾体脆弱性较高;海南省、上海市和广东省、福建省、浙江省的沿海区域台风灾害风险较高;而北京市、天津市以及河北省、辽宁省和山东省的大部分区域台风灾害风险较低。     

明清时期浙江沿海自然灾害的时空分异特征

明清小冰期是中国气候的异常期,各种自然灾害频发。通过系统搜集、整理明清时期浙江沿海地区自然灾害历史资料并对其进行统计分析发现,浙江省沿海地区各种自然灾害发生频次和造成的损失具有明显的时空地域分异特征:1明清时期,随着时间推移,各种灾害发生频次成波动上升的趋势,在明末清初达到一个高峰值;在浙江沿海地区的各种灾害中,水、旱两灾的发生最为频繁,水灾发生频次高于旱灾。2水灾、旱灾、台风和潮灾是该地区的主要灾害类型,台风与水灾、潮灾之间高度相关,且台风灾害是浙江沿海地区的主要致灾因子,台风灾害诱发的灾害链具有波及面广、危害严重的特点。旱灾和水灾具有显著的相关性,在该地区水、旱两灾在时间尺度上的变化相对一致,这种现象可能是副高季节内振荡所导致的。3浙江省自然灾害发生频次和损失程度与地貌形态之间具有一定联系。以平原、丘陵及低山等地貌类型为主的孕灾环境对浙江沿海地区水灾、旱灾、台风灾害和风暴潮灾等4种主要自然灾害类型及其损失的空间分布有着显著的影响。浙北地区水旱灾害变化剧烈,浙中、浙南地区相对较弱。杭州湾地区台风灾害的分布具有湾口多于湾顶,南岸多于北岸的特点。4从灾害损失的空间格局来看,特大损失程度灾害的主要类型为潮灾,且集中分布在浙北平原,浙南山地和浙东南平原丘陵分布较少。     

塔河流域枯水流量概率特征及成因与影响研究

选用11种概率分布函数和单参数二维阿基米德族Copula函数,系统分析了塔里木河流域(简称塔河流域)8个水文站最小连续7日平均流量。研究结果表明:①韦克比函数最适合描述塔河流域枯水径流的概率特征;②1987年以后重现期较短的干旱发生频率降低,而重现期较长的干旱事件发生概率增加,主要是由于气候的季节变化及各河流流量的补给类型不同,从而对塔河枯水流量有一定影响;一般来讲,春季气温对枯水的影响要大于降水变化对枯水的影响;③叶尔羌河、阿克苏河等流域水文干旱联合重现期和同现期变化基本一致;开都河流域发生干旱概率要小于叶尔羌河和阿克苏两流域,而开都河流域同时发生干旱的概率大于叶尔羌河和阿克苏河,3个流域重现期短的干旱遭遇概率较大。研究表明,气候变化并没有从根本上改变新疆旱灾情况,同时,由于耕地面积、人口等的增长,水资源需求量增加,在水资源供需方面仍存在非常尖锐的矛盾。     

中国沿海地区雨潮复合灾害联合分布及危险性研究

沿海地区极易受到极端降雨和高潮位引发的复合洪涝灾害影响。研究风暴增水和累积降雨同时发生的概率,设计雨潮联合分布函数,对提升沿海城市防洪除涝应对措施的有效性、减少城市复合洪涝灾害造成的损失具有重要意义。论文以1979—2014年中国沿海逐日最大风暴增水和邻近雨量站日累积降雨数据作为统计样本,采用Copula函数构建雨潮联合概率模型,并利用Kolmogorov-Smirnov检验、赤池信息准则、贝叶斯信息准则评价雨潮联合分布拟合优度,优选中国沿海雨潮联合概率分布函数模型。基于此模型,定量化设计中国沿海雨潮复合灾害情景。结果表明：在空间分布上,中国沿海雨潮复合灾害频次呈现明显的“两头多中间少”格局,其中,广东西部沿海、福建北部、浙江南部、山东及辽宁沿海频次相对较高;在50年一遇联合重现期下,北部湾、海南岛北部、浙江沿海、渤海湾部分沿海表现为极端降雨和较高的风暴增水,雨潮遭遇的复合灾害事件十分值得关注。研究结果在一定程度上揭示了中国沿海地区雨潮复合灾害的时空变化规律,并为复合灾害情景预测提供了定量化评估方案。     

水系连通变异下荆南三口河系水文干旱识别与特征分析

为揭示水系连通变异下荆南三口河系水文干旱演变特征,运用荆南三口河系五站1956-2016年的月径流量数据,采用游程理论识别该河系水文干旱特征变量,并运用Kolmogorow-Smirnov优度检验法选出干旱历时、干旱强度和峰值的概率分布函数,构建出水文干旱特征联合分布Copula函数,对水系连通变异下该河系水文干旱特征进行深入研究。结果表明：① 1989年为荆南三口河系（1956-2016年）水系连通变异分割点;② 该河系连通性变异前后水文干旱特征均发生显著变化,水文干旱事件发生的次数增多,干旱历时增长,干旱强度增大,峰值增高;③ 各站点的相同单变量重现期下二维联合重现期在水系连通变异前基本上均比水系连通变异后长,二维同现重现期在水系连通变异前均比水系连通变异后短;④ 水系连通变异后,该河系水文干旱历时、干旱强度和峰值呈现增加趋势,且在相同单变量重现期的情况下,干旱历时更长,干旱强度更大,峰值更高;⑤ 水系连通变异后水文干旱特征的变化幅度与变异前存在差异,不同河系其水文干旱特征的变化幅度不同。     

福建0608~#超强台风“桑美”灾害分析

根据福建省气象台和宁德市气象台提供的超强台风"桑美"的风情、雨情、水情、潮情和灾情资料,基于灾害系统理论,对"桑美"的致灾机制和灾情特征进行详细分析.结果表明:"桑美"的致灾因子强度超强,最大风力超过"卡特里娜"飓风,主要通过狂风、暴雨和风暴潮及其引发的灾害链致灾;灾情特重,主要以人员伤亡和船只沉毁、房屋损毁为主.造成巨大损失的原因与台风致灾因子强且"三碰头"有关外,还与福建东北部多山、港湾地形潮水上涨巨大、山地性河流短促、人们防灾意识薄弱、防灾工程水平低、灾害预警机制不够完善等有关.为此,提出若干减灾对策.     

沿海港口自然灾害风险评价

以多灾种复合为背景,选取沿海城市中重要的基础设施——港口为研究区域,包括大连港、天津港、青岛港、上海港、宁波—舟山港、厦门港、深圳港、广州港,从危险性、暴露性和脆弱性等方面选取指标,探讨构建了沿海港口自然灾害风险评价指标体系与评估模型:评价结果为:沿海港口的灾害风险指数相差较大,风险值在空间上表现出长江三角洲沿岸>珠江三角洲沿岸>环渤海沿岸:评价结果可以为沿海港口防灾减灾提供理论依据。     

新奥尔良飓风灾难与华南沿海台风暴潮

分析了新奥尔良的地理环境,概述了卡特里娜飓风与丽塔飓风及其对新奥尔良的影响.简述了华南沿海的台风暴潮灾害情况,提出了新奥尔良飓风灾难对华南沿海的几点警示:(1)加强提高防御台风暴潮灾害的认识;(2)保护好沿海抗御台风暴潮的"前沿阵地;(3)加强和完善防台风暴潮应急预案;(4)应对台风暴潮要充分考虑全球环境变化.     

黄河三角洲风暴潮灾害及其防御对策

古黄河三角洲和现代黄河三角洲风暴潮灾害平均发生周期分别为11.3 a和6.4 a。现代黄河三角洲风暴潮灾害平均发生周期由1949年前的5.5~6.5 a延长至1949年以来的7.9 a,发生频率虽有所降低,但大型风暴潮灾害发生频率呈上升趋势,需修筑高等级的防潮堤坝。黄河三角洲风暴潮灾害取决于气象、地形和水文要素的综合效应:在气象因素制约下具有多发于初冬、春4月和台风期的季节特征;在地形因素制约下具有易发于SE风转NE风的天气特征;在水文因素制约下显示以近无潮点岸段为界,三角洲西、南两地成灾异时的特征。据此,开展风暴潮灾害预报和堤坝建设,可抵御潮灾和减轻潮灾危害。     

沿海城市社区暴雨洪水风险评价——以温州龙湾区为例

从风险角度探讨了基于GIS空间网格的沿海城市社区空间尺度暴雨洪水淹没情景模拟方法。通过对温州龙湾区暴雨降水量的频率计算,得到不同频率下的降水量及其对应的径流深度。根据"雨量体积法"原理,利用编制的程序得到不同重现期暴雨洪水水面高程和不同淹没水深区间对应的淹没面积,并进行暴雨洪水淹没情景模拟和洪水风险评价。最后,根据2005年龙湾区"海棠"台风暴雨实测资料进行典型历史台风暴雨洪水事件实证研究。     

浙江台风（热带风暴）灾害的若干特点

对１９４９－１９９２年的气象、水文和灾害资料分析，浙江台风灾害具有以下几个特点：１．登陆或严重影响浙江的台风日期与天文大潮期相遇机率高，沿海地区潮灾严重；２．台风大风是浙江沿海城市台风灾害危害的主因之一，且其危害具有连锁反应倾向；３．台风灾害对浙江农业的危害一般是直接和继发性灾害叠加而成的；４．台风灾害区的地理分布具有明显的山脉走向性；５．台风重灾年在年际分布上具有阶段性。     

浙江台风(热带风暴)灾害的若干特点

对1949-1992年的气象、水文和灾害资料分析,浙江台风灾害具有以下几个特点:1.登陆或严重影响浙江的台风日期与天文大潮期相遇机率高,沿海地区潮灾严重;2.台风大风是浙江沿海城市台风灾害危害的主因之一,且其危害具有连锁反应倾向;3.台风灾害对浙江农业的危害一般是直接和继发性灾害叠加而成的;4.台风灾害区的地理分布具有明显的山脉走向性;5.台风重灾年在年际分布上具有阶段性.     

气候变化背景下中国风暴潮灾害风险及适应对策研究进展

风暴潮是沿海地区在强烈的大气扰动条件下产生的异常增水现象,并受海平面上升等因素的影响。中国风暴潮灾害频繁,其中尤以东南沿海地区发生频率较高,灾害损失严重。本文从风暴潮灾害的危险性、承灾体的易损性、综合风险区划3个方面系统总结风暴潮灾害的研究进展及存在的主要问题;并以风暴潮灾情特征及风险评估为基础,探讨气候变化对风暴潮灾害风险的影响及其适应对策。气候变化引起的海平面上升将影响风暴潮的趋势、周期及风险区域,因而亟待开展结合海平面上升等因素的综合风险评估。充分考虑气候变化背景下沿海地区自然条件变化及社会经济发展状况,注重短期与长期相结合,完善风险评估体系。为适度、有序的适应气候变化下风暴潮灾害风险,中国在应急预警机制、工程防御及政策法规等适应能力建设方面不断完善,以提高风暴潮灾害的防灾减灾能力。