基于小尺度的城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险评估

自然灾害情景模拟与风险评估是灾害研究的核心内容和热点问题之一,但城市自然灾害风险评估至今却缺乏统一的程序与范式。本文选择了城市频发的暴雨内涝灾害为研究对象,结合上海市静安区实证研究,提出了一套基于小尺度的城市暴雨内涝灾害风险评估的思路与方法。基于灾害风险的基本理念,从致灾因子分析、脆弱性分析和暴露分析三方面入手,探讨不同情景下的小尺度城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险表达方式;提出了小尺度城市暴雨内涝灾害风险评估宜采用情景模拟和综合分析方法,充分考虑城市的内部地形特征、降水、径流和排水等因素,创建一个基于GIS栅格的城市内涝模型,并基于多种重现期灾害情景,更客观地模拟内涝积水深度和淹没面积;采用多次实地调查获得的内涝损失数据,拟合出居民房屋和室内财产的灾损曲线;利用灾损曲线评估脆弱性、暴露要素和损失,建立超越概率-损失曲线,创建了基于GIS栅格城市暴雨内涝灾害的风险评估模型与范式,为制订城市暴雨内涝灾害风险管理和规划奠定了基础。这亦为进一步开展小尺度城市自然灾害情景模拟和风险评估研究提供了一种新探索。     

中国年和季节极端降水时空特征 及极值分布函数上尾部性质

基于热带气旋时间、路径、强度数据和中国728个气象站点1951~2014年日降水数据,分析了年和季节极端降水广义极值（GEV）分布函数特征及受热带气旋的影响。通过检查年和各季节极端降水的非一致性,发现具有变异点或显著时间趋势的站点占总站点数的比例较低。仅考虑满足一致性的站点,年和各季节极端降水GEV分布上尾部在全国大部分区域表现出厚尾特征,且不具有上边界。总体来看北方厚尾特征重于南方,秋季和冬季明显高于年和夏季。年极端降水厚尾特征受到不同季节极端降水机制的混合影响。而且,热带气旋对中国沿海区域极端降水有重要影响,往往引发大量级极端降水。东南沿海地区最大10场极端降水由热带气旋引发的比例达到60%以上。因此热带气旋趋向于增加沿海区域年极端降水GEV分布形状参数的大小,并控制着曲线上尾部的形状。     

海南橡胶树热带气旋风灾易损性评估

面向橡胶树热带气旋风险评估及保险应用,文章对橡胶树风灾易损性进行了量化评估。基于1971―2010年橡胶树种植及16场热带气旋的橡胶树农场尺度损毁统计数据,计算了每场热带气旋灾害发生时各农场开割、未开割2类橡胶树,倒伏、断主干2 m以下、断主干2 m以上、半倒、全部主枝折断5种类型的损毁率;使用热带气旋参数风场模型,模拟得到1 km栅格分辨率的风速,优选3 s极大风速（V_3s）作为致灾强度指标,建立了6~14级风速区间2类橡胶树5种损毁类型的易损性曲线,并量化表达了损毁率的不确定性。结果表明,开割树（未开割树）自V_3s达6（7）级起开始受到损毁,各类型损毁率在V_3s达到9级后上升速度较快,在V_3s达到14级时,总损毁率达到近70%（55%）;未开割树的易损性低于开割树;易损性的不确定性特征随风速区间、承灾体种类、损毁类型不同而不同。橡胶树易损性曲线的建立及其不确定性的量化为橡胶树热带气旋巨灾风险建模奠定了良好的基础。     

热带气旋对广州经济建设的影响及其减灾对策

着重分析热带气旋的活动规律,热带气旋灾害的气候特点以及对经济建设的影响.提出热带气旋的减灾对策:气象部门应建立热带气旋防灾减灾系统,加强卫星遥感技术在热带气旋灾害监测中的应用,积极开展气象工程服务;政府和社会应做好防御工程建设,制定和完善防御台风、暴雨等灾害的具体措施,积极发展保险事业,加强城郊防御热带气旋和宣传等防灾减灾工作.     

1961-2004年新疆降水极值概率分布特征

 根据1961—2004年新疆地区55个气象站逐日降水观测资料和PRECIS (Providing Regional Climates for Impacts Studies) 区域气候影响模式(1961—2004年)逐日降水模拟资料,建立年最大降水AM(annual maximum)序列及日降水量小于0.05 mm 的年连续最长干旱天数AMCD(Annual Maximum Consecutive Dry Days)序列,分析了新疆地区降水极值序列的时空分布特征和概率分布模式。结果表明:①新疆地区降水事件的强度和概率最大的地区位于阿合奇、巴里坤、昭苏、乌鲁木齐等地,干旱事件强度和概率最大的地区位于且末、若羌、吐鲁番等地;②PRECIS区域气候影响模式模拟的新疆地区AM事件的多年平均值普遍高于观测值,且离差系数也普遍高于观测值;③PRECIS区域气候影响模式模拟结果与观测的降水极值空间分布有一定的差异,需要进行改进,但具有实际参考价值。对于实际观测的降水极值概率分布的拟合,证明了GEV分布函数能够较好地拟合降水极值的概率分布。     

野火蔓延灾害风险评估研究进展

野火灾害对区域生态系统和全球气候系统造成了严重影响,野火灾害风险评估和火蔓延研究对防火、灭火具有重要意义.本文对国内外可燃物模型、可燃物类型图的制作方法,野火蔓延模型、蔓延的计算机模拟技术和火灾风险评估的最新研究状况和发展趋势进行了综述,并提出对野火灾害风险评价的理论框架.综述分析表明:①基于遥感信息和地面调查数据,建立较完善的可燃物模型,为全球或区域火灾风险评估、火蔓延研究提供有效数据信息成为必然趋势;②利用地球空间信息技术,计算机技术和数学方法解决火灾模拟海量数据问题.实现火行为的实时、动态模拟仿真的监测系统和网络信息发布系统:③结合可燃物模型,蔓延模型评价火灾区域的脆弱性和致灾因子,利用"灾害风险评估"的理论和方法对野火灾害风险进行综合评估.④我国应建立集成化、实用化、多维化、标准化的野火蔓延的模型体系、决策支持系统和国家火险等级系统,为我国野火火灾的预测与防御提供科学依据.     

近60年华南沿海登陆热带气旋特征和热带气旋巨灾灾情分析

在回顾"巨灾"标准的基础上给出了热带气旋巨灾的定义;应用1951―2010年共60年的热带气旋和1981―2010年的热带气旋巨灾灾情资料,对登陆华南沿海地区的热带气旋及巨灾特点进行了分析研究。结果表明:1951―2010年登陆华南沿海地区的热带气旋频数总趋势是下降的;20世纪50、60年代登陆的热带气旋强度偏强,70―80年代强度偏弱,90年代以后,热带气旋强度显著减弱;华南沿海地区热带气旋登陆次数有从西向东减少的趋势;从趋势上看,随着时间的推移,单个热带气旋造成的死亡人数略有减少,单个热带气旋所造成的直接经济损失有弱的递增趋势;广东省是华南沿海地区热带气旋灾害的多发区与严重区。     

厄尔尼诺事件的强度与登陆广东热带气旋数量的关系初探

文章对厄尔尼诺事件的强度与登陆广东的热带气旋数量之间的关系进行初步的了统计分析。结果表明: 就总的厄尔尼诺年份来看, 厄尔尼诺事件对登陆广东的热带气旋总数量没有显著的影响;但就具体的厄尔尼诺事件的强度来看, 强、中和弱的厄尔尼诺事件都对登陆广东的热带气旋有明显的影响, 只是强和弱的厄尔尼诺事件使登陆广东的热带气旋数量比非厄尔尼诺年份明显偏少; 而中等厄尔尼诺事件却使登陆广东的热带气旋数量比非厄尔尼诺年份偏多。厄尔尼诺通过影响沃克环流,使沃克环流随着厄尔尼诺强度的不同而产生不同幅度的东移,进而使登陆广东的热带气旋源地的气流出现不同情况,最后影响登陆广东的热带气旋的数量。     

基于事件过程建模的台风灾害社交媒体信息聚合与演变特征表达

台风灾害事件过程具有尺度效应,而高时效性社交媒体中蕴含的丰富台风灾害事件信息可为多尺度认知台风灾害事件过程提供支持。该文首先以对象为构成事件的基本单元,以状态划分作为多尺度度量过程的基础,构建多粒度台风灾害事件过程表达模型;在此基础上提出基于社交媒体的台风灾害事件过程挖掘方法,通过多级语义约束的信息聚合方法,提取特定时空条件下不同的对象状态特征;基于状态在时空上连接形成的状态序列分析不同对象的演变轨迹,从多维度表达事件过程的不同演变特征。最后,以2019年“利奇马”台风灾害事件为例,验证多粒度台风灾害事件过程模型的合理性与信息聚合方法在实际应用中的有效性。     

基于多智能体的自然灾害动态风险评估模型

将多智能体建模方法引入灾害风险评估领域,以期为灾害风险评估开拓新的研究思路.区别于一般静态评估模型,基于多智能体的风险评估模型自下而上,从微观上建立灾害系统各要素之间的相互关系,在多风险情景下,仿真模拟灾害系统状态的变化,以实现动态的风险评估.在理解多智能体建模的一般原理的基础上,设计了基于多智能体的自然灾害动态风险评估的总体模型和主要智能体的结构,并总结了多智能建模在风险评估方面的优势.     

Dynamic process-based risk assessment of debris flow on a local scale

After the Wenchuan earthquake in China, debris flows have been more frequent. Multiple debris flows commonly occur in earthquake-affected areas during heavy rainfall, often causing losses of lives and property. We analyzed the dynamic movement of debris flows and proposed a quantitative method of debris flow hazard assessment, based on kinetic energy. Validated using field study of an actual debris flow disaster, these analyzes help determine the type, quantity, distribution, economic worth, and susceptibility of elements at risk. We established a method to determine vulnerability of elements at risk and we propose a systematic and quantitative method for local risk analysis of debris flows. We applied the proposed method to a debris flow in Qipan gully, which caused serious damages for Duwen Highway and Qipan settlements of Sichuan Province in 2013. With the support of a debris-flow movement numerical simulation, remote sensing, and GIS techniques, the proposed method analyzed disaster effects and divided the hazardous areas into three risk zones. Calculated risk zones coincided with the actual distribution and severity of damage of the event, suggesting that the risk assessment generated by the proposed method is consistent with results from the actual disaster.     

基于多智能体的洪涝风险动态评估理论模型

随着全球气候变化的加剧和城市化进程的快速发展,洪涝灾害的影响和复杂性日益加剧。洪涝灾害风险评估是一项复杂的系统工程,在防洪减灾工程理论与实践中具有重要意义;作为洪涝灾害风险管理和应急处置的基础和核心,风险评估模型直接影响洪涝灾害风险评估结果的可靠性。洪涝灾害风险是洪涝灾害复杂系统组成部分相互作用的结果,综合考虑洪涝灾害系统的特点以及智能体建模的优势,提出了一种基于多智能体的洪涝风险动态评估理论模型。首先从复杂系统建模的角度出发,对洪涝灾害复杂系统进行分析建模,构建基于多智能体的洪涝灾害风险动态评估框架模型;其次,对所构建的框架模型中单个智能体模型进行研究,分别建立基于反应型的孕灾环境智能体模型和基于慎思型的致灾因子、承灾体和风险分析智能体模型,并对以上单个智能体的流程进行研究;然后以风险分析智能体联盟为例对模型框架中所涉及到4类智能体联盟的内部结构和流程进行分析,对构建的框架模型中涉及到的智能体通信协调和作用规则进行探讨;最后,在Netlogo平台上,基于30 m DEM数据和构建的模型,对淮河流域的暴雨型洪涝孕育发生发展全过程的人口风险进行动态评估。结果表明,构建的模型能有效评估洪涝灾害全过程中人口风险的动态。研究结果对洪涝灾害人口灾情评估、应急救助和应急管理都具有较强的指导意义。     

基于大数据的极端暴雨事件下城市道路交通及人群活动时空响应

随着全球气候变化加剧,极端降雨增多,暴雨内涝灾害频发,严重威胁城市的可持续发展。快速掌握暴雨给城市交通及人群的影响,有助于提高灾害应急管理水平和事件响应能力。利用实时动态的交通路况信息和手机定位请求数据,通过一种融合STL时序分解技术与极端学生化偏差统计检验的时间序列异常探测方法,监测和分析暴雨内涝灾害事件中,城市道路交通和人群活动的时空响应特征,并以2018年7月16日发生在北京的极端暴雨事件为例开展实证研究。研究结果显示,在降雨集中的早、晚高峰两个时段（8—9时、18—19时）,市区的拥堵道路数量超出往常水平最高可达150%,异常检测分析显示拥堵道路数量和交通拥堵指数均达到异常甚至极端水平。人群活动的异常响应分析结果显示,暴雨事件引起定位请求量异常升高、异常点增多,且异常点的空间分布与1 h前的降雨量分布存在较高相关性。以上结果不仅证明了大数据及异常检测方法对于快速洞察暴雨事件对城市交通及人群影响的有效性,也为城市暴雨内涝灾害的应急响应与管理提供了新的技术手段。     

城市暴雨内涝情景模拟与灾害风险评估

Scenario modelling and the risk assessment of natural disasters is one of the hot-spots in disaster research.However,up until now,urban natural disaster risk assessments lack common procedures and programmes.This paper selects rainstorm waterlogging as a disaster to research,which is one of the most frequently occurring hazards for most cities in China.As an example,we used a small-scale integrated methodology to assess risks relating to rainstorm waterlogging hazards in the Jing’an District of Shanghai.Based on the basic concept of disaster risk,this paper applies scenario modelling to express the risk of small-scale urban rainstorm waterlogging disasters in different return periods.Through this analysis of vulnerability and exposure,we simulate different disaster scenarios and propose a comprehensive analysis method and procedure for small-scale urban storm waterlogging disaster risk assessments.A grid-based Geographical Information System (GIS) approach,including an urban terrain model,an urban rainfall model and an urban drainage model,was applied to simulate inundation area and depth.Stage-damage curves for residential buildings and contents were then generated by the loss data of waterlogging from field surveys,which were further applied to analyse vulnerability,exposure and loss assessment.Finally,the ex-ceedance probability curve for disaster damage was constructed using the damage of each simulated event and the respective exceedance probabilities.A framework was also devel-oped for coupling the waterlogging risk with the risk planning and management through the exceedance probability curve and annual average waterlogging loss.This is a new explora-tion for small-scale urban natural disaster scenario simulation and risk assessment.     

Exploring the causes of an extreme flood event in Central New York,USA

This study examined the causes of an extreme flood event on 28 June 2013 in Central New York, USA by comparing its hydrological, hydrometeorological, and rainfall-runoff transformation characteristics with those of a typical flood event. Flood frequency analyses showed that the maximum rainfall intensity and the peak discharge of the extreme event had recurrence intervals (RIs) of 8 and 86 years, respectively, while RIs for the typical event were 42 and 11 years, respectively. Their severity diagrams and quantification of their rainfall spatial variations illustrated that the extreme event was spatially localized with high intensities, whereas the typical event was spatially uniform and prolonged. Watershed modeling indicated that the rainfall-runoff transformation was dominated by the infiltration excess process for the extreme flood, while controlled by both infiltration and saturation excess processes for the typical event. These analyses revealed that the upgrade-magnitude conversion pattern of the extreme flood event was induced by the spatial pattern of the rainfall and the “lubricant” effect of the watershed, and emphasized the need for better understanding of such type of extreme events.     

Intra-event characteristics of extreme erosive rainfall on Mauritius

Mauritius is a volcanic island with a raised interior where extreme rainfall events dominate rainfall erosivity. Intra-event characteristics of the 120 highest erosive events at six selected locations between 2004 and 2008 were analyzed to provide the first detailed intra-storm data for a tropical island environment. On Mauritius, spatial variation is evident in the characteristics of extreme erosive rainfall recorded at the stations, with a noticeable increase in rainfall depth, duration, kinetic energy, and erosivity of extreme events with altitude. Extreme events in the raised interior (central plateau) show high variability of peak intensity over time as well as a higher percentage of events in which the greatest intensity occurs in the latter part of the event. Intra-event distribution of rainfall in the interior of the island shows that rainfall there has a higher potential to exceed infiltration rates as well as the ability to generate high peak runoff rates and cause substantial soil loss. The study suggests that even though within-event rainfall characteristics are complex, they have implications for soil erosion risk, and that, in tropical island environments, the within-storm distribution of rainfall should be incorporated in soil-loss modeling.     

基于信息扩散理论的气象灾害风险评估方法

基于信息扩散理论提出直接估计低温冷害、干旱和洪涝的风险评估方法,以低温冷害为例,将计算结果与风险指数法和主观频率法做比较.直接估计灾害风险具有:(1)计算过程简单,所需资料少;(2)可对灾害不同级别进行风险评估,利于进行灾害风险评价和区划;(3)此方法可触类旁通,应用到其它自然灾害风险评估;(4)此方法需要的资料年限短等优点,对开展乡(镇)级小区域自然灾害风险评估有借鉴作用.     

渭河下游河流沿线区域洪水灾害风险评价

区域洪水灾害风险评价是洪灾评估和管理的重要内容。依据灾害系统理论,利用G IS方法,综合分析了渭河下游对洪水灾害有影响的降水、地形、水系、过境洪水和防洪工程等自然致灾力和孕灾环境的影响度,以及承灾体遭受不同强度洪水可能损失程度的易损性影响度,运用层次分析法和因子叠加法,从自然和社会属性两个方面对洪灾风险进行了综合评价和分析。结果表明:研究区洪水灾害风险整体上以渭河下游干流为中心逐渐向两边递减,即离主干河流越近,风险越高,反之越低;从行政区划上来看,西安市城区和临潼区基本处于高风险区,而华县、华阴市和潼关县基本处于低风险区。     

沿海区域水灾脆弱性及风险的的初步分析

在理清自然灾害风险系统构成的基础上,总结其风险评估的三种方法:基于历史数据、指标体系和情景模拟。文章采用由果及因的演绎思路,据历史灾情参考全球尺度灾害风险评估国际计划做脆弱性的评估,探讨水灾脆弱性的区域分异规律,并分析其社会经济因素。由于历史数据局限,引入信息扩散的模糊数学方法,对沿海各省区的受灾率进行风险评估,并将区域风险与脆弱性的次序进行对比,表明:脆弱性是风险的重要组分,减少脆弱性可有效降低风险,但探寻灾害发生规律、降低人类社会的暴露性,也是减少灾害风险的必要环节。