2011年7月陕西一次区域性暴雨过程分析

为了探索陕西区域性暴雨发生发展的机制,提高暴雨预报准确率,利用实况高空观测、自动站观测资料和NCEP1°×1°格点资料,采用天气学诊断方法,对2011年7月28日陕西区域性暴雨过程进行分析。结果表明:500hPa西风槽、西太平洋副热带高压、700hPa及其以下的切变是这次暴雨的主要影响系统,低层大风速带和南海台风的远距离作用是暴雨增幅的重要因子;暴雨区具有强的能量锋和对流不稳定,降水产生在850hPa温湿能等值线密集区偏高值一侧;水汽主要来源于孟加拉湾和南海台风外围;辐合、辐散中心下移是强降水即将发生的一个信号,850hPa以下出现比湿猛增现象对位于秦岭以北的渭河流域暴雨预报有一定指导意义。     

成都一次有西南涡参与的区域性暴雨天气过程分析

为探讨西南涡对成都地区暴雨天气的影响,利用自动站降水观测资料、台站探空资料和NCEP1°×1°再分析资料,对2013年6月7日出现在成都地区的区域性暴雨天气过程从影响系统、溃变理论等方面进行了分析,结果表明,此次过程的影响系统为高原低值系统、西南涡、副热带高压外围584线稳定共同作用造成;云图资料分析表明,最强降水时段出现在西南低涡旺盛期,与强降水中心位置也有很好的对应关系;从物理量场分析得出高低空次级环流结构造成了成都地区西部较强的降水;从溃变分析可以看出,珔V-3θ图具有明显的暴雨结构特征,上干下湿的层结非常有利于对流的发展,加之大气不稳定能量较高是造成成都地区西部沿山出现强降水的主要原因。     

一次中尺度对流复合体致洪暴雨成因分析

为了探索陕西暴雨天气发生发展的机制,采用天气学、动力诊断等方法对2011年7月5～6日陕西南部出现的暴雨过程进行分析。结果表明:中尺度对流复合体是造成此次暴雨的直接原因,强降水发生在中尺度对流复合体云顶亮温北边界的等值线密集区;沿海至陕西建立起水汽和温湿能的输送通道,高温高湿的暖湿空气源源不断地向暴雨区输送;不同暴雨阶段的中低层大气稳定性有明显的差异,对流不稳定和条件性对称不稳定是暴雨发展维持的重要机制;对流层低层较大的垂直螺旋度东侧可能预示着大暴雨的发生。     

四川盆地强暴雨过程诊断及中尺度分析

为了探索四川盆地暴雨天气发生发展的机制,利用云图和美国环境预报中心的全球再分析资料,针对2010年8月18—19日出现的暴雨过程进行环流形势、物理量场及中尺度特征分析,结果表明：暴雨过程中不断有低压槽东移,西太平洋副高西伸至盆地东部,暖湿气流通过低层绕流等方式进入盆地;在低层辐合高层辐散和热力不稳定的条件下,随着干冷空气入侵,对流运动异常强烈,促使强降水发生,湿位涡等值线密集带对暴雨落区预报有较好的指示意义。中尺度对流系统各阶段特征明显,与中尺度气旋演变有很好的相关性。     

成都地区一次暴雨诊断分析

针对2012年8月16~19日成都地区出现短时、局地暴雨、特大暴雨的异常强降水天气,利用常规气象资料、1°×1°NCEP再分析资料和客观物理量场、卫星云图等资料,对造成此次强降水主要集中在成都地区西部沿山一带的原因进行了分析。分析得出:在有利的环流背景下,中小尺度系统发生发展和演变是这次暴雨产生的直接原因;中低层维持偏南气流,暖湿气流西进北抬,低空急流为这次暴雨提供了大量的水汽和不稳定能量;中低空的水平风切变不仅为暴雨提供了强烈的辐合上升运动,同时对水汽的水平辐合和垂直输送非常有利;另外,强对流云团的生成、移动与强降水的发生密切相连相关。     

粤西沿海“4.20”特大暴雨特征分析

根据气象常规观测资料、湛江新一代天气雷达资料、CFL-08风廓线雷达资料及卫星云图,分析2012年4月20日粤西沿海特大暴雨的天气环流形势、能量场、对流不稳定度、水汽输送和辐合辐散等环境特征及物理量场特征。结果表明:这次暴雨过程粤西地区共经历两次强降水过程,分别是受飑线系统、以及高空槽和低空切变影响;西南低空急流的出现有利于粤西暴雨的形成、维持和发展;暴雨过程粤西上空垂直累积液水含量达25~30g/m2;暴雨期间风向随高度明显逆转,有冷平流输送;约2.0 km高度以下低空急流的下传和增强与暴雨的产生有密切关系;短时间内多普勒天气雷达的速度回波低层辐合区域远远大于辐散区域是可能产生强降水的标志。     

湖南“6.19＂暴雨过程的中尺度特征分析

针对2010年6月19～20日湖南一次大范围暴雨过程,利用常规观测资料、FY-2E卫星TBB资料、NCEP1°×1°格点资料及WRF模式输出的高分辨率资料,采用数值模拟和诊断分析相结合的方法,综合分析了此次暴雨过程.结果表明：东移短波槽及低层低涡是此次暴雨的主要影响系统;卫星资料分析显示,α中尺度对流云团前部不断有β中尺度扰动分裂和发展;WRF模式模拟结果表明,此次大范围暴雨过程是多尺度系统影响的结果,在有利的大尺度环流背景下,激发了中小尺度对流系统的活动,导致强降水带中出现了多个中尺度扰动和与此对应的中尺度雨团有组织的活动,是暴雨发生的主要原因;中尺度雨团对应着强上升气流柱、正涡度柱和低层强辐合、高层强辐散的散度结构.     

2011年“8.20”雅安暴雨过程的波能特征研究

针对雅安暴雨发生的机制问题,利用NCEP/NCAR再分析资料,通过波包传播的诊断方法,对2011月20日~8月21日雅安地区暴雨过程期间波包传播和积累进行了分析与研究。结果表明,波包的分布及传播明显反映出降水过程的发生、维持和结束特征。波包的大值区域与强降水区域基本一致,强降水过程基本上产于波包扰动能量积累的高值时段或处于高位相阶段。波包值的经向和纬向传播特征表明,"8.20"雅安地区暴雨程主要是高原地区的冷空气和孟加拉湾向盆地输送的暖湿空气的共同作用。     

2010年夏季湖南一次持续性暴雨过程分析

为了提高暴雨预报的准确率,利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和多普勒雷达等资料,使用天气学诊断方法,剖析了2010年7月8~15日湖南西部和北部强降雨过程的降水特征、天气背景、对流暴雨中尺度系统演变特征及其成因。结果表明:此次强降雨过程发生在500hPa巴湖附近的低槽和西太平洋副热带高压稳定、中低空切变线长时间维持及摆动的大尺度背景下,低层强的水汽辐合和上升运动、高低空急流耦合、大气层结不稳定和垂直风切变是强降水的主要成因。由于梅雨锋带状回波在湘西北移动速度缓慢,产生"列车效应",导致湘西北地区雨强增大,雨量增幅明显。基本速度图上强降雨位于高空东北气流与西北气流交汇或汇合回流、低空气旋性弯曲的西南气流左侧区域。另外,迎风坡强迫和湖陆锋作用的区域容易产生极端降雨。     

MJO对2011年秋季云南干旱期间一次强降水过程的可能影响

为了探讨2011年10月26~30日云南南部一次强降水过程发生的可能原因,采用诊断、合成和相关等分析方法,得到2011年10月的强热带低频振荡过程是云南南部强降水过程的一个重要影响因素。2011年10月中下旬热带低频振荡在印度洋地区异常活跃,特别是热带低频振荡对流中心在第2位相(印度洋中西部)维持了9天(20~28日),强降水过程就发生在此期间。26~30日虽没有明显冷空气配合,但热带低频振荡进入第2位相后云南上游(孟加拉湾地区)开始出现持续稳定的水汽通量和水汽通量辐合,随着南支槽的东移和副高的缓慢东移,水汽在槽前西南气流和副高外围气流的引导下源源不断向云南南部输送水汽,是南部出现强降水过程的直接原因。相关性分析和合成分析表明,热带印度洋-5°S~5°N,65°E~90°E地区的对流与云南南部降水存在显著正相关关系,当热带低频振荡对流位于第2位相(印度洋中西部),云南上游水汽条件明显改善,南部降水异常偏多。关注热带低频振荡的演变和发展,对于把握类似2011年秋季这样的强降水过程预报是有帮助的。     

葫芦岛市空气质量分析及其与暴雨的关系

针对暴雨对空气质量的影响的问题,结合葫芦岛市环境监测中心站2010年市区空气质量逐日监测资料与葫芦岛市气象局气象观测资料,采用空气污染指数和空气质量指数法,分析了葫芦岛市空气质量时间分布特征及其与暴雨的关系。结果表明,在影响葫芦岛市空气质量的主要3种污染物——二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)和可吸入颗粒物(PM10)中PM10为首要污染物;3种污染物变化趋势基本一致,都是夏季污染最轻,冬季污染最重,春秋两季居中;暴雨与污染物浓度变化有着密切的关系,4次暴雨过程所在日3种污染物浓度都较低,且在强降水过后第一天污染物浓度继续降低。     

小流域山洪灾害危险性分析之降雨指标选取的初步研究

降雨是诱发山洪灾害的直接动力和激发条件,是山洪灾害危险性分析中不可或缺的重要指标。对于不同的研究区,不同频次和历时的降雨对山洪灾害的影响不同,危险性分析所选取的降雨指标也可能不同。本文基于1:5万小流域数据、历史山洪灾害空间分布数据和暴雨图集资料,以江西省婺源县小流域为例,采用相关分析法对初步选取的24个降雨指标进行相关性分析,筛选出相关性不强的降雨指标;利用GIS技术和基于局部Getis-Ord Gi*算法的优化热点分析工具对历史山洪灾害点进行空间聚类分析,获得研究区每个小流域山洪灾害危险度的估值,该值能够较好地反映小流域山洪灾害危险性的空间分布;通过地理探测器模型中的因子探测器和交互探测器对已筛选出的降雨指标和小流域山洪灾害危险度进行综合探测分析,从而获取对该研究区小流域山洪灾害危险性影响较大的降雨指标,即100年一遇最大6 h降雨和100年一遇最大24 h降雨。本文研究对小流域山洪灾害危险性分析降雨指标的定量选取具有参考和指导意义。     

利用湖南CORS网监测分析湘北一次局地暴雨水汽场时空变化

基于72个湖南连续运行参考站 (CORS) 反演得到的可降水量 (PWV) ,针对2015-04-03~04-04湘北地区一次局地暴雨,结合温度和气压等大气热动力条件,分析湖南省PWV时间序列及其平面动态分布变化,并总结此次暴雨过程中水汽场变化规律。研究结果表明,作为降水的必要条件,PWV峰值越大降水概率越高,当PWV突破48 mm并首次降低时,随后1 h内会出现降水;当PWV持续增强达到峰值50 mm之后再次下降时,PWV增量变化很大程度上决定着雨势的大小及降雨持续时长;气温和气压等热动力条件也对雨势预测有一定的指示作用;PWV分布变化可对实际降水范围（落区）趋势作出较为准确的预测。     

加密自动站资料引入中尺度模式初值响应的试验分析

利用MM5中尺度数值模式,针对2004年6月30日成都地区的一次局地大暴雨过程,进行了是否引入加密自动站资料形成模式初值的敏感性试验。结果表明,MM5模式较好地再现了这次强降水过程,初值对预报效果存在不同程度影响。加密自动站资料引入,对降水强度有一定影响,对降水落区有所改善,使各方案模拟的辐合上升运动区范围扩大,相对湿度增大,地面感热与潜热有不同程度增加。初值的差异主要表现在水汽场上。因此,模式初值的改善,特别是水汽场的改善,将对模式降水模拟结果产生较大影响。     

最小二乘法估算Pearson-Ⅲ型分布参数的改进

Pearson-Ⅲ曲线分布在气象、水文和农业等领域有广泛的应用,其概率密度函数包含形状参数\begin{array}{c}\left(\alpha \right)\end{array}、尺度参数\begin{array}{c}\left(\beta \right)\end{array}和起始值\begin{array}{c}\left({\alpha }_0\right)\end{array}3个待估计参数。应用Pearson-Ⅲ分布来估算强度的关键在于这3个参数估算的精度。由于原有最小二乘法在估算参数时未考虑各参数的有效区间,参数\begin{array}{c}{\alpha }_0\end{array}可能小于0,并导致估算强度出现负值,从而使雨强、水速、水位等强度估算出现异常值。经理论推导证明,若Pearson-Ⅲ概率密度函数中的参数\begin{array}{c}{\alpha }_0\end{array}非负,则估算出的强度值不会出现负值。以该推导为基础,提出了一种改进的Pearson-Ⅲ分布三参数估算算法。首先根据最小二乘法估算迭代计算一系列参数组合;然后按离差平方和的大小排列各组参数;接着利用各组参数分别计算\begin{array}{c}{\alpha }_0\end{array}值,过滤使\begin{array}{c}{\alpha }_0\end{array}小于0的参数组合;最后在剩下的参数中选取离差平方和最小的一组作为最优参数。以估算暴雨风险值作算法测试实验,结果表明改进算法模拟得到的\begin{array}{c}{\alpha }_0\end{array}值始终大于等于0,估算出的暴雨风险值均在合理范围之内。对比改进算法与传统算法的参数分布拟合检验结果,发现改进算法能使更多的气象站点通过了置信度为0.05的分布拟合检验。因此,利用改进后的算法估算出的Pearson-Ⅲ概率密度函数参数更合理,且强度估算结果更准确,对编制城市暴雨强度公式有一定的参考价值。     

暴雨内涝危险性情景模拟方法研究——以上海中心城区为例

本文采用地理信息系统技术（GIS）与水文/水动力学相结合的方法,使用修正的SCS模型进行产流模拟,利用局部等体积法和水动力模型进行汇流模拟,建立了基于情景的城市暴雨内涝危险性模拟工具,并对相同雨强情景下不同汇流模型的模拟结果与精度进行了对比分析。结果表明：（1）局部等体积法计算简单,对降雨的时程分配较为敏感,峰前历时和雨强对结果影响显著,较适合于雨型确定的城市暴雨内涝危险性快速模拟;水动力模型计算复杂,与整个降雨历时存在明显关系,模拟精度较高。（2）利用台风“麦莎”带来强降雨导致的积水实测数据,对模拟结果进行对比和验证,表明本文建立的水动力模型法模拟结果与实测降雨积水更为接近,更适合上海中心城区暴雨内涝危险性情景模拟。     

适用于多指标的水环境质量评价的普适指数公式

在适当设定水质指标的“基准”值情况下,用相对于“基准”值的指标相对值替换对数形式的指数公式中的水质指标值,采用遗传算法优化不同指标的指数公式中的参数,得到对多项指标通用的水质普适指数公式;并用折衷型激励功效函数将单项指标的指数加权为综合指数。公式的正确性已被用于多处水质评价检验所证实。该公式形式简单,易于计算,使用方便;具有客观性、可比性和通用性。     

Effects of river flow velocity on the formation of landslide dams

Natural dams are formed when landslides are triggered by heavy rainfall during extreme weather events in the mountainous areas of Taiwan.During landslide debris movement, two processes occur simultaneously: the movement of landslide debris from a slope onto the riverbed and the erosion of the debris under the action of high-velocity river flow. When the rate of landslide deposition in a river channel is higher than the rate of landslide debris erosion by the river flow, the landslide forms a natural dam by blocking the river channel. In this study, the effects of the rates of river flow erosion and landslide deposition(termed the erosive capacity and depositional capacity, respectively) on the formation of natural dams are quantified using a physics-based approach and are tested using a scaled physical model.We define a dimensionless velocity index vde as the ratio between the depositional capacity of landslide debris(vd) and the erosive capacity of water flow(ve).The experimental test results show that a landslidedam forms when landslide debris moves at high velocity into a river channel where the river-flow velocity is low, that is, the dimensionless velocity index vde 54. Landslide debris will not have sufficient depositional capacity to block stream flow when the dimensionless velocity index vde 47. The depositional capacity of a landslide can be determined from the slope angle and the friction of the sliding surface, while the erosive capacity of a dam can be determined using river flow velocity and rainfall conditions. The methodology described in this paper was applied to seven landslide dams that formed in Taiwan on 8 August 2009 during Typhoon Morakot,the Tangjiashan landslide dam case, and the YingxiuWolong highway K24 landslide case. The dimensionless velocity index presented in this paper can be used before a rainstorm event occurs to determine if the formation of a landslide dam is possible.     

二维复合极值模型在暴雨多变量联合分布中的应用

为了更好地描述暴雨多变量特征,构建以GPD为边缘分布的泊松-二维Copula复合极值模型,并将其应用于成都温江站暴雨雨量和暴雨雨峰的联合概率分布计算,研究表明该模型:理论联合频率与经验联合频率吻合较好,能用于暴雨联合分布的计算;考虑了暴雨过程出现的频次,增加了概率模型的物理内涵,选取独立的暴雨过程极大值作为样本,克服了GPD阈值选取的随意性;可以推广应用于连续分布为其他的Copula函数的情形,具有广泛的应用前景。     

基于湖南CORS网的PWV时空变化分析及其在暴雨落区预报中的应用

针对2017-05-22~05-23湖南地区的一次暴雨过程，结合气温、气压等大气热动力条件，分析此次降雨过程的大气可降水量(precipitable water vapor，PWV)时空分布及其动态变化特征。研究表明，在水汽条件充足的情况下，降雨的形成需要强烈的水汽辐合上升作用，可以结合热动力条件来预判降水时间和强度；PWV与实际降雨量平面分布图的对比分析表明，PWV高值区和实际降雨落区基本重合，PWV时空变化分析对预测暴雨落区有一定的指示意义。