辽宁省海绵城市建设中年径流总量控制率分区及其分布差异研究

利用1986—2015年辽宁省60个气象站逐日降雨量观测资料和1986—2015年美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)逐月全球的再分析资料,对辽宁省年径流总量控制率区域划分及其分区分布的差异进行分析。结果表明:辽宁省年径流总量控制率可以划分为Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区共4个区,比《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建》中辽宁省年径流总量控制率分区多1个Ⅴ区,且相同分区对应的空间分布差异明显;年平均降雨量对年径流总量控制率的分区趋势具有一定指示作用,总暴雨量占总降雨量的比例与年径流总量控制率的分区关系密切,辽宁省水汽输送的特征和地形地势是形成年径流总量控制率区域分布差异的内在成因。     

基于海绵城市建设需求的深圳分区设计降雨量研究

利用深圳区域气象站10年降雨量等数据,分析了深圳降雨空间分布特点,以及不同年径流总量控制率下设计降雨量的分区差异。结果表明:受地形和不同季节降雨特点等因素影响,深圳年降雨量和暴雨日数均存在明显的东、西差异,强降雨极值和频次均存在随着降雨历时增加而东、西差异增大的情况,在海绵城市建设中应予以考虑。在深圳利用近10年区域气象站数据统计计算分区年径流总量控制率和设计降雨量的关系具有可行性和必要性。深圳不同年径流总量控制率下的设计降雨量均呈"东大西小"分布,同一年径流总量控制率下,全市最大与最小设计降雨量的差值可达到全市平均设计降雨量的50%左右,各区平均设计降雨量最大均出现在大鹏新区,最小在光明区或南山区,最大和最小值相差在25%以上。不同年径流总量控制率下设计的降雨量的分布及各区统计数据可在深圳各区海绵城市建设中应用。     

气候变化对城市年径流总量控制率分区的影响

城市地区强降水发生频次和强度的增加容易诱发内涝现象,年径流总量控制率作为海绵城市的重要设计参数,更是直接受到降水变化的影响。以江苏省为例,利用全省70个国家级气象观测站1961—2019年最新的日降水量资料评估了气候变化对城市年径流总量控制率分区的影响。研究发现,有效降水的年代际变化十分明显,1991—2019年降水日数、降水量、降水强度均比其他时间段上更多、更强;太湖流域的设计雨量较小,连云港地区的设计雨量较大,南北差异随着控制率的提高而扩大,当控制率为85%时,全省设计雨量平均值为38.1 mm,最大值是最小值的1.7倍;气候变化对年径流总量控制率分区影响明显,江苏的苏南、江淮南部大部分地区的分区变大,导致全省IV区所占面积明显增加。不同等级降水的变化趋势是影响年径流控制率分区的关键因素,大雨以上的雨日、雨量在有效降水中占比增加,则分区变大。     

年径流总量控制率优化研究

年径流总量控制率是海绵城市建设中的重要指标,在实际应用中受到业界高度关注。为了提高年径流总量控制率指标的针对性与规范性,有必要根据城市降水气候特征,并结合地形条件对该指标进行优化。为此,利用重庆市主城区4个国家气象站(北碚、渝北、巴南和沙坪坝站)1981-2018年日降水数据和225个区域自动气象站2013-2018年日降水资料,采用《海绵城市建设技术指南(试行)》(下称《指南》)推荐方法,分别计算4个国家气象站的年径流总量控制率及其对应的设计降雨量;根据主城区降水空间分布和各月变化特征,优化年径流总量控制率指标。结果表明:沙坪坝、北碚、渝北站采用19812018年资料计算的60%-85%年径流总量控制率对应的设计降雨量较《指南》中的偏大,而巴南站的则相反。重庆市主城区年降水量主要集中在4-10月,占全年总量的85.5%,采用每年410月日降水资料对年径流总量控制率对应的设计降雨量推算优化,推算结果较优化前的偏大,如在85%的年径流总量控制率条件,北碚、渝北、巴南、沙坪坝站优化后设计降雨量分别偏大3.2、3.2、2.9和2.8 mm。根据主城区降水空间分布特征,划定了年径流总量控制率指标在重庆主城区的适用范围。     

暴雨灾害风险及其对农业影响的评估

综合考虑降雨区域类型、发生强度和持续时间,确定了暴雨灾害致灾因子的综合强度分级标准;将地形高程、高程标准差、河网密度等环境脆弱性要素结合暴雨灾害致灾因子,建立暴雨灾害风险评估模型,并进行分级评估;应用GIS将农业易损性指标叠加到暴雨灾害风险区划中,得到不同等级风险下农业受影响的程度。以"7·21"暴雨为例,进行模型的应用及检验分析,结果表明:降雨量最大的葫芦岛大部、丹东宽甸县暴雨灾害风险等级为极高;致灾因子危险等级相同时,辽宁中部平原地区较辽西、辽东丘陵地区暴雨灾害风险等级高;农业易损性较高的沈阳大部、鞍山北部、丹东局部、锦州大部、铁岭部分、葫芦岛大部地区农业受灾较重。评估结果与事实灾情较一致。     

德州地区“88.7”特大暴雨成因分析

1988年7月18—19日德州地区出现了大范围的暴雨,过程降雨量大部分在50—150mm之间。本区东北部的乐陵、临邑、商河等县的许多乡镇出现了200mm以上的特大暴雨,面积达526平方公里。暴雨中心在乐陵南部的王集乡,降雨量473mm。从暴雨中心附近的郑店乡水文站降水自记中分析,30分钟降雨73.6mm,1小时降雨131mm。这样的特大暴雨在我区     

1960—2014年辽宁省汛期暴雨气候特征

利用1960—2014年辽宁省54个国家气象站逐日降水观测资料,对近55 a辽宁省汛期(6—9月)暴雨日数和暴雨强度的时空变化特征进行了分析。结果表明:1960—2014年辽宁省暴雨集中出现在汛期(6—9月),其中尤以7—8月暴雨出现最多,7—8月暴雨总量占年暴雨总量的72%。近55 a辽宁省汛期暴雨日数呈由东南部地区向西北部地区减少的分布,暴雨强度则自沿海地区向内陆地区减小;辽宁省汛期持续性暴雨主要为连续2 d的暴雨过程,暴雨发生次数不同区域差异较大。1960—2014年辽宁省汛期平均暴雨日数、暴雨强度和暴雨范围均无明显变化趋势,汛期暴雨日数和暴雨强度序列主要变化周期均为12 a,在20世纪90年代二者还存在显著的2 a变化周期。     

1960—2014年辽宁省汛期暴雨气候特征

利用1960—2014年辽宁省54个国家气象站逐日降水观测资料,对近55 a辽宁省汛期(6—9月)暴雨日数和暴雨强度的时空变化特征进行了分析。结果表明:1960—2014年辽宁省暴雨集中出现在汛期(6—9月),其中尤以7—8月暴雨出现最多,7—8月暴雨总量占年暴雨总量的72%。近55 a辽宁省汛期暴雨日数呈由东南部地区向西北部地区减少的分布,暴雨强度则自沿海地区向内陆地区减小;辽宁省汛期持续性暴雨主要为连续2 d的暴雨过程,暴雨发生次数不同区域差异较大。1960—2014年辽宁省汛期平均暴雨日数、暴雨强度和暴雨范围均无明显变化趋势,汛期暴雨日数和暴雨强度序列主要变化周期均为12 a,在20世纪90年代二者还存在显著的2 a变化周期。     

湖北宜昌市区暴雨雨型的演变特征

利用湖北省宜昌市宜昌基准站1956—2013年逐分钟降雨资料,对宜昌市区暴雨雨型的演变特征进行分析,并采用同频率分析法推求该地区历时6 h、12 h、24 h的设计暴雨雨型。结果表明:宜昌市区1956—2013年汛期(5—9月)前期易发生持续12~24 h或24 h以上、降雨量50~100 mm的暴雨,而中后期易发生持续12 h以下、降雨量30~70 mm的暴雨。1956—2013年,宜昌市区短历时、中长历时、长历时暴雨和大暴雨发生次数缓慢增加,而特长历时大暴雨明显减少。其中,短历时暴雨的峰值趋于增大,持续时间趋于增加;中长历时暴雨的小时雨量无显著变化,但雨量分布、雨峰趋于后移,持续时间趋于增加;长历时暴雨的小时雨量趋于减少,雨量分布、雨峰趋于前移,持续时间趋于缩短。宜昌市区历时6 h、12 h、24 h的设计暴雨雨型均为典型的单峰型,雨峰分别位于第20、34、113时段。     

城市非点源污染负荷估算研究

针对污染地表水环境的城市径流污染源,利用SCS降雨径流模拟建立了城市径流不同土地利用类型径流系数与年降雨量的相关关系,其相关性显著;在不同降雨强度条件下,对典型示范区城市排污口实施降雨过程监测,获得了有代表性的城市径流污染物平均浓度,从而估算出辽宁省城市径流污染负荷总量。     

登陆台风特大暴雨成因分析

我国从有气象和水文观测以来,打破降雨量历史记录的三场特大暴雨都和台风活动有关。这三场特大暴雨中占首位的是1967年10月17—19日台湾省新寮特大暴雨,日降雨量达1672毫米,三天降雨总量达2749毫米,主要降雨系统是6718号台风的倒槽。第二位是1963年9月10—12日台湾省百新特大暴雨,日降雨量达1248毫米,三天降雨总量为1794毫米。这场暴雨是由6312号台风造成。著名的“75.8”(1975     

适用于海绵城市规划建设的北京城市副中心降水特征研究

利用气象观测站降水数据,分析了北京城市副中心所在区域日降水的时空变化特征,编制了适用于副中心的短历时暴雨强度公式,最后计算了海绵城市建设的控制目标指标——年径流总量控制率。结果表明：研究区降水量年际变化较大,降水量最多与最少年差值可达684.0 mm,年内降水量分布不均,汛期6—9月降水量(415.3 mm)占全年总降水量的75%。汛期降水量、强度和频次的日变化均为单峰位相,降水量和降水强度位相分布特征一致,主峰值出现在22时,主谷值出现在12时,降水频次主峰值出现在04时,主谷值出现在14时。降水量和强度的多年变化趋势在大部分时刻是一致的,均在凌晨和下午时间段呈增加和变强的特点,在上午、中午和夜间有减少和减弱的特点。空间分布上,北京市副中心北部地区降水量峰值大都出现在夜间,南部地区降水量峰值大都出现在清晨。对比新编暴雨强度公式和现行公式结果,当重现期越大时,新编公式对应的降水强度就越大。新编公式更加适应未来极端降水频发背景下的海绵城市设计和建设,海绵城市建设控制指标——年径流总量控制率为80%和85%时,对应的设计降水量为27.6 mm和33.9 mm。     

重庆地区暴雨空间分布及雨量分时特征

采用重庆市34个地面观测站1981—2017年的降水观测资料,以及2005—2017年逐时雨量资料,分析了重庆地区暴雨的空间分布及日变化特征。结果表明:开州、酉阳、北碚为重庆的暴雨中心,开州年均暴雨日数最多达6.2d。荣昌、渝北、梁平、开州、彭水、酉阳等地大暴雨出现频率较高,南川、万盛大暴雨相对较少。暴雨平均雨量大值区分布在主城区、西部、东北部,西南部暴雨平均雨量较低。重庆地区的暴雨在不同时段主要影响区域不同。铜梁、合川、北碚等站点的暴雨夜间降雨量占比75%以上。代表站夜间平均降雨强度大于白天,大足、沙坪坝、涪陵降雨主要集中在22:00至次日04:00,酉阳03:00—06:00降雨强度较大。小时降雨量≥20mm暴雨日出现频率较高的时段在00:00—06:00和13:00—18:00。     

1951—2009年丹东地区暴雨变化

利用丹东地区1951—2009年4个测站逐日降水资料,对丹东地区暴雨变化进行了分析。结果表明：丹东地区年暴雨日数和暴雨量呈减少趋势,汛期洪涝贡献率趋势变化不明显;2001—2009年6月份暴雨日数明显增多,7月份暴雨日数偏少,暴雨初期和终期提前。     

北京城市和郊区夏季降雨日变化特征及对排水设计的影响分析

分别选取观象台和密云站作为北京市城区及郊区代表站,应用两站1961—2013年逐分钟雨量观测资料,比较北京城区和郊区夏季降雨量、降雨频次及降雨强度的日变化特征,利用耿贝尔分布拟合的年最大值法推求城区和郊区暴雨强度公式,比较其空间适用性。结果表明,北京地区降雨具有明显的日变化特征：城市和郊区的夜雨比重均大于日雨,降雨量、频次、降雨强度午后至次日清晨为高值区;郊区夏季降雨总量、短历时降雨和降雨雨强均比城区偏大。暴雨强度公式计算结果表明应用城区一站的降雨资料计算得出的公式在全市并不适用,在市政排水设计时应考虑城郊差异,采用不同的标准。     

内蒙古夏季降雨过程持续性特征

利用1991—2017年夏季(6—8月)内蒙古地区111个国家站逐时降雨量资料和1971—2017年夏季(6—8月)内蒙古地区115个国家站日降雨量资料,分别对内蒙古地区短时强降水过程和日降雨(小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨)过程持续性特征进行研究。结果表明:(1)内蒙古地区短时强降水过程持续最长时间为38 h,其中持续3 h所占比例最大。持续时间在12 h内的短时强降水过程在16:00(北京时,下同)—18:00降雨量偏离程度最大,但持续时间超过12 h的短时强降水过程在03:00降雨量偏离程度最大,短时强降水过程持续时间越长,降雨量极值越低。自2010年以来内蒙古地区短时强降水过程发生次数开始增多,其中持续时间在4～6 h和7～12 h的短时强降水过程增加显著,但持续时间在1～3 h短时强降水过程明显减少。(2)内蒙古地区小雨过程和暴雨过程发生次数呈现递减趋势,但近年来持续长时间的小雨过程、中雨过程和暴雨过程偏多。在2017年出现首场特大暴雨过程。内蒙古地区特大暴雨过程最长持续日数2天,其余日降雨过程最长持续日数在10～15天,其中大雨过程持续日数最长可达15天,小雨过程和中雨过程(大雨过程和暴雨过程)持续1天(2天)所占比例最高,日降雨过程降雨量极值易发生在前3天。(3)内蒙古地区降雨过程发生次数、持续小时(日)数极值和累计降雨量极值空间分布特征都表现为自内蒙古西部地区向中部偏南和东部地区递增,高值区易发生在内蒙古东部地区。     

四川省降雨灾情时空分布及其与雨量相关特征分析

利用四川省2002—2020年降雨灾情数据和156个国家气象观测站及5727个区域气象观测站逐日、逐小时降雨资料，分析四川省降雨灾情时空分布及其与雨量特征的联系。结果表明：四川省近年来降雨灾情数量增长明显，盆地西部、南部灾情数量最多，密度最大，凉山州和盆地东北部死亡人数最多。灾害主要发生在6—9月，灾情分布有从盆地东北部、南部向西部发展，最后到东北部的趋势。盆地在有大暴雨出现时灾害发生可能性最大，致灾频率50%以上，暴雨致灾频率20%～40%;攀西地区暴雨出现时致灾频率20%～30%;川西高原暴雨天气过程较少，大雨出现时致灾频率最大，为10%～30%。最大小时雨量盆地区在10 mm以下的灾害主要发生在盆南和盆东北，盆西在各个雨量等级范围内占比都较大，攀西地区灾害主要集中在10～40 mm，川西高原为20 mm以下。最大日降雨量小于50 mm的灾害主要分布在盆南，超过300 mm的主要发生在盆西北，50～100 mm以盆南和盆西南为主，攀西地区50～100 mm占比最大，川西高原为25～50 mm。     

佛山市近50年降雨的时空变化特征

以佛山市3个国家气象观测站1968—2017年和60个具有代表性的区域自动气象站2008—2017年的降雨资料为基础,采用趋势分析、Morlet小波分析等方法研究佛山市降雨的时空变化特征,结果表明:佛山年均降雨量月际分布为双峰型,峰值出现在5和8月;降雨主要集中期4—9月(汛期),汛期降雨量占全年降雨量的79.2%;年降雨量和前、后汛期降雨量都呈增加趋势,但不显著;年降雨量和后汛期降雨量存在15年左右的周期变化,而前汛期降雨量则以4~8年的局部周期变化为主。佛山年、前汛期和后汛期降雨量地区差异明显,年平均降雨量最大值出现在南海城区,最小值在禅城祖庙;前汛期降雨大值区在三水西南、三水乐平、顺德城区,小值区在禅城祖庙、顺德杏坛、南海桂城。     

CMIP5和RegCM4.0模式对西南区域未来降水的预估

利用CMIP5全球模式数据集和RegCM4.0区域气候模式进行连续积分获得的模拟数据,对西南区域未来在RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5几种温室气体排放情景下年平均降雨、四季降水,极端降雨事件的特征及其相对历史基准期的变化进行预估。结果表明,不同RCP情景下西南区域降水都将呈持续上升趋势,3种情景下西南区域降水在2020—2050年变化特征差别较小,2050年后差别较大,RCP2.6情景下降水变化幅度最小,CMIP5和RegCM4.0模式模拟的西南区域降水变化的地理分布特征基本一致,降水的高值区都位于青藏高原东南部,横断山脉和四川中部,差异在于RegCM4.0模拟的西藏西部的降雨量级更小,而青藏高原东南部、四川中部和贵州的降雨高值区量级更大。未来近期2020—2060年和远期2061—2099年RCP4.5情景下暴雨天数显著减少的区域主要在西藏东南部(0.5~1 d),未来远期2061—2099年RCP4.5情景云南南部和贵州东部区域暴雨天数显著性增加,而RCP8.5情景下上述区域暴雨天数显著性减少。     

1961—2021年四川省区域性暴雨过程时空变化特征

利用四川省156个国家气象观测站1961—2021年逐日降水资料,运用暴雨过程综合识别方法及评价指标,探讨四川省区域性暴雨过程时空变化特征。研究表明：1961—2021年四川省共出现875次区域性暴雨过程,过程次数逐年变化整体呈弱增长趋势,综合强度在20世纪90年代到21世纪初持续偏弱,21世纪以后呈现较明显增强趋势。四川区域性暴雨过程主要发生在6月下旬到9月上旬,大多持续1～2 d,区域性暴雨日数大值中心主要分布在盆地西部和东北部,阿坝州中部和东部、甘孜州东南部及攀西地区东北部,6—8月区域性暴雨日数大值中心从盆地东部逐渐向西部变化,9月则在盆地北部;盆地各月平均过程雨量以西部和东北部最强,攀西地区6、9月区域性暴雨日数偏少,但中部和东北部过程雨量强度未明显减弱。