基于分布式水文模拟的三峡区间洪水预报(Ⅱ)——雷达测雨应用

降雨时空分布信息缺失是影响洪水预报精度的一个重要因素,尤其是雨量站点稀疏的山区,站点观测的降雨信息难以充分地表征山区降雨的空间差异.本文针对长江三峡区间,利用雨量站点观测值来校准雷达测雨数据,并作为分布式水文模型的降雨输入,借助水文模拟结果综合评价雷达测雨数据的适用性.两个示例小流域的研究结果表明:相对于雨量站而言,雷达估测的降雨信息更能体现降雨的空间变化,它与分布式水文模型相结合,是提高洪水预报精度的有效途径.     

柑桔园林下穿透雨的分布特征

研究了柑桔林下穿透雨的分布特征,结果表明:在测定期间,穿透雨量占总降雨量的68.3%,5月的穿透雨量最大(245.1 mm),而穿透雨率最大值(73.3%)出现在8月。穿透雨量与降雨量具有显著相关性(p<0.01),而穿透雨率与降雨量和降雨强度的相关性均达到显著水平(p<0.05)。柑桔林下穿透雨显示出明显的空间变化,各观测点间穿透雨率具有显著性的差异,而且穿透雨的空间异质性(穿透雨率的变异系数CV)随着降雨量或降雨强度的增加而降低,聚类分析也显示出穿透雨在不同观测点间具有差异性。柑桔林下穿透雨呈现明显的聚集效应。     

基于动态聚类分析和模糊模式识别法的北京城区汛期降雨时空分布规律研究

以北京城区近十几年汛期50场暴雨过程为样本,利用动态聚类分析和模糊模式识别方法对单站雨型和降雨整体空间分布特征进行了研究,得到北京城区汛期最容易发生的雨型以及时空分布规律。结果表明,北京城区汛期主要发生前单峰型雨,峰值集中且极值雨量大,容易造成内涝积水。发生双峰型雨的次数较少,且极值雨量较小,对内涝积水影响相对较小。     

黄土高原暴雨空间分布的不均匀性及点面关系

根据黄土高原13个中小流域的448场暴雨的统计分析,对这一地区不同类型暴雨空间分布的不均匀性进行了系统研究,内容包括流域面雨量离差系数、降雨不均匀系数、最大点与最小点的比值系数、点面关系以及降雨量的空间相关特性等。     

毛乌素沙地沙柳灌丛降雨截留与树干茎流特征

通过对毛乌素沙地沙柳灌丛降雨截留量及树干茎流的实验观测,分析了降雨量和降雨强度对沙柳灌丛的降雨截留量、穿透雨量和树干茎流量的影响,并确定了截留量、穿透雨量和树干茎流量在降雨分配中的百分数。实验期间降雨总量为136.5 mm,沙柳灌丛的截留量、穿透雨量和树干茎流量分别为34.0、98.5和4.0 mm,占降雨量的百分比分别为24.9%、72.2%和2.9%。沙柳灌丛的降雨截留量、穿透雨量和树干茎流量与降雨量和10 min最大雨强之间均呈显著正相关,而截留量、穿透雨量占降雨量的百分比与降雨量之间呈显著的双曲线函数关系。     

甘肃河东地区降雨特征分析研究

用甘肃河东地区19个气象站近15年雨量自记资料,分析了该区6月～9月各降雨持续时间和降雨强度下的雨量及其出现次数的分布特征,并初步分析了持续时间和雨强对雨量的综合作用。     

降雨发生装置空间均匀性的研究

为提高降雨发生装置的空间均匀性,对通过测试平台旋转提高降雨场空间均匀性的方法进行研究,设计、研制了旋转测试平台,解决了旋转过程中的信号传输问题,建立了转速与降雨发生装置空间均匀性之间的关系,结合翻斗式雨量计在降雨场中的测试与流量式雨量雨强标准装置的测试,论证了降雨发生装置作为雨量和雨强的测试环境是可行的。结果表明,随着转台转速的增加,降雨场的空间均匀性先增大后减小,且随着测试面积的减小,不同转速呈现出不一样的变化趋势,转台转速为1 RPM时,测试面积为1.6 m×1.6 m和1.2 m×1.2 m时,其均匀度系数最大(95%);随着测试平台转速的增加,翻斗式雨量计累积降雨量和降雨强度之间的一致性增强,在转速为1 RPM和2 RPM时,翻斗式雨量计累积降雨量的最大偏差最小,为0.2 mm;流量式雨量雨强标准装置测试的累积降雨量的平均值与旋转测试平台在转速为1 RPM和2 RPM时测得的结果一致,充分说明通过旋转式测试工作平台可得到与流量式雨量雨强标准装置相一致的结果,证明了该方法提高降雨发生装置空间均匀性是可行的,且能得到累积降雨量的动态测量误差。     

基于不同雨型的裴河小流域山洪灾害临界雨量分析

临界雨量是山洪灾害预警的重要指标,为分析小流域雨型对临界雨量的影响,首先对流域降雨过程按照雨峰出现位置的不同进行归类和划分,定性分析流域常出现的各种典型雨型;在此基础上,采用PilgrimCordery法定量确定流域各种典型雨型的时程分配,并通过试算法计算其相应的临界雨量;利用流域近期发生的成灾洪水,采用临界雨量偏离度指标进一步分析论证雨型对临界雨量的影响。以河南省新县裴河典型小流域为实例进行应用研究,结果表明:设计雨型不能完全代表该流域的降雨类型,其属于雨峰偏后式雨型,由此确定的临界雨量与该流域常出现的雨峰偏前式雨型临界雨量相差33%,与多峰雨型临界雨量差异较大,相差43%。实时预警时,根据实时雨型类型,采用相应的临界雨量,可以提高山洪灾害预警预报水平。     

陇东黄土塬区不同下垫面条件下侵蚀产沙的降雨阈值

根据陇东黄土高塬沟壑区典型小流域——南小河沟流域1954—2014年实测降雨产沙资料,应用降雨侵蚀力偏差系数法研究不同土地利用类型及空间尺度下侵蚀产沙的雨量阈值、雨强阈值及复合阈值标准,并通过对比分析确定了最优降雨阈值标准。结果表明:① 对于林地和草地坡面小区,其雨量阈值标准平均值（21.0 mm）较裸地（8.7 mm）和农地（9.7 mm）坡面小区分别提高了141%和116%,植被措施能够显著提高降雨阈值标准。② 杨家沟林地小流域的雨量阈值标准为16.5 mm,低于布设在该流域的林地坡面小区,同时对比董庄沟草地小流域及其坡面和全坡面小区的雨量阈值标准,其大小亦为:草地坡面尺度 > 草地全坡面尺度 > 草地小流域尺度,由此可见,降雨阈值标准会随着空间尺度增大而减小。③ 降雨阈值标准综合评价结果表明,各样点最优降雨阈值标准均为P≥a或I₃₀≥b这一复合因子标准,而在降雨单因子阈值标准中,对于农耕地和裸地坡面小区,宜采用最大30 min雨强（I₃₀）标准;对于经过水土流失治理的下垫面,宜采用雨量（P）标准。该研究可为区域土壤侵蚀预报提供参考。     

1961 - 2018年青海高原昼夜雨量时空变化特征分析

基于青海高原1961 - 2018年47个气象站昼夜雨量数据, 分析了青海高原及各生态功能区的昼夜雨量及雨日的时空变化特征。结果表明： 近58年来, 青海高原昼夜雨量空间分布基本一致, 总体表现为东南向西北减少, 夜雨日多于昼雨日分布。青海高原昼夜雨量总体均呈增多趋势, 昼雨量的增加速率大于夜雨量; 从空间分布来看, 柴达木盆地西部、 东部农业区大部及青南牧区南部少数地区昼夜雨量呈减少趋势, 而柴达木盆地东部、 环青海湖地区、 青南牧区大部昼夜雨量均呈增多趋势。青海高原昼雨日略有增加, 夜雨日有减少趋势; 在地域上, 柴达木盆地昼夜雨日增多趋势明显, 而东部农业区昼夜雨日减少趋势明显。青海高原昼夜雨量分别呈2 a、 3 a的周期。近58年来, 青海高原、 东部农业区、 环青海湖地区、 柴达木地区昼雨量均无明显的突变现象, 仅青南牧区昼雨量在2003年前后存在明显突变现象; 青海高原、 东部农业区、 青南牧区夜雨量无明显突变现象, 环青海湖地区、 柴达木盆地夜雨量分别在1979年、 2003年出现了突变现象。     

雨量站网布设对水文模型不确定性影响的比较

雨量站网布设会影响径流模拟精度,研究不同雨量站密度和空间分布的径流响应规律对提高径流模拟精度和减小不确定性具有重要意义。应用新安江模型和HBV（Hydrologiska Fyrans Vattenbalans）模型,以湘江流域为研究对象,采用贝叶斯方法比较分析在不同雨量站密度及空间分布下径流模拟的不确定性。结果表明:增加雨量站密度可以降低面雨量的估计误差,使模型在不同的雨量站空间分布下具有较高的模拟精度;通过优化雨量站空间分布,可以减小雨量站网布设导致的模型不确定性,从而提高径流模拟精度;在相同的降雨输入和参数采样方法下,新安江模型和HBV模型对降雨输入导致的不确定性响应规律具有相似性,但是本研究结果显示在湘江流域新安江模型的模拟精度更高,而HBV模型的不确定性更大。     

TRMM3B42降雨数据在渭河流域的应用分析

运用渭河流域24个气象站点日降雨数据对2001~2012年热带测雨卫星(TRMM)3B42数据在不同子流域、不同降雨强度以及不同时间尺度的精度进行了对比验证,并对比分析了基于TRMM和站点数据的渭河流域降雨时空分布特征。结果显示:在不同子流域的日TRMM数据比站点观测数据对低值降雨更为敏感,而在极大值降雨数据观测上两者差距较大,月尺度TRMM站点观测数据确定性系数在0.89到0.96之间;两种数据在流域降雨的时空分布上表现一致性,在年内6月中旬~10月初为湿润多雨期,其余月份降雨较少,空间分布呈东南部大,西北部小的格局。     

Spatially distributed rainfall information and its potential for regional landslide early warning systems

Crucial to most landslide early warning system (EWS) is the precise prediction of rainfall in space and time. Researchers are aware of the importance of the spatial variability of rainfall in landslide studies. Commonly, however, it is neglected by implementing simplified approaches (e.g. representative rain gauges for an entire area). With spatially differentiated rainfall information, real-time comparison with rainfall thresholds or the implementation in process-based approaches might form the basis for improved landslide warnings. This study suggests an automated workflow from the hourly, web-based collection of rain gauge data to the generation of spatially differentiated rainfall predictions based on deterministic and geostatistical methods. With kriging usually being a labour-intensive, manual task, a simplified variogram modelling routine was applied for the automated processing of up-to-date point information data. Validation showed quite satisfactory results, yet it also revealed the drawbacks that are associated with univariate geostatistical interpolation techniques which solely rely on rain gauges (e.g. smoothing of data, difficulties in resolving small-scale, highly intermittent rainfall). In the perspective, the potential use of citizen scientific data is highlighted for the improvement of studies on landslide EWS.     

三种JDZ型翻斗式雨量计性能比对实验研究

在我国,JDZ系列翻斗式雨量计已广泛用于降雨量的观测。为了掌握JDZ系列雨量计测量降雨的精度和可靠性,以三种JDZ型翻斗式雨量计(JDZ02、JDZ05和JDZ10)为研究对象,基于一套智能化的雨量计率定系统开展室内性能比对实验。结果表明:(1)以小雨强0.4mm·min^-1作为零误差参考雨强,JDZ02在小于2mm·min^-1时的误差在-4%以内,JDZ05在小于4mm·min^-1时的误差在-4%以内,JDZ10在小于6mm·min^-1时的误差在-4%以内。(2)在雨强-总误差的拟合关系中,二次多项式拟合的效果最好,线性拟合的效果次之,幂函数拟合的效果最差,故建议采用雨强-误差的二次多项式关系订正JDZ系列雨量计监测的降雨数据。(3)左右翻斗水量过程线可以精细刻画翻斗内水量动态变化,判断出翻斗式雨量计的翻斗左右平衡性能,并可计算出翻斗式雨量计动态率定过程中的误差变化。     

Satellite-based rainfall estimation and discharge measurement of Middle Indus River,Pakistan

The impacts of floods and droughts are intensified by climate change, lack of preparedness, and coordination. The average rainfall in study area is ranging from 200 to 400 mm per year. Rain gauge generally provides very accurate measurement of point rain rates and the amounts of rainfall but due to scarcity of the gauge locations provides very general information of the area on regional scale. Recognizing these practical limitations, it is essential to use remote sensing techniques for measuring the quantity of rainfall in the Middle Indus. In this research, Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) estimation can be used as a proxy for the magnitude of rainfall estimates from classical methods (rain gauge), quantity, and its spatial distribution for Middle Indus river basin. In order to use TRMM satellite data for discharge measurement, its accuracy is determined by statistically comparing it with in situ gauged data on daily and monthly bases. The daily R ² value (0.42) is significantly lower than monthly R ² value (0.82), probably due to the time of summation of TRMM 3-hourly precipitation data into daily estimates. Daily TRMM data from 2003 to 2012 was used as input forcing in Soil and Water Assessment Tool (SWAT) hydrological model along with other input parameters. The calibration and validation results of SWAT model give R ² = 0.72 and 0.73 and Nash-Sutcliffe coefficient of efficiency = 0.69 and 0.65, respectively. Daily and monthly comparison graphs are generated on the basis of model discharge output and observed data.     

黄土地区小流域降雨空间变化特征分析

利用黄土地区雨量站网较密,控制条件较好的小流域资料,统计分析了5min、15min、30min、60min时段降雨及次降雨空间变化的点面关系、频率特征及结构特征,研究了时段降雨分布同次降雨分布的内在联系,为进一步在产流模拟计算中的应用提供了基础。     

黄河三花区间天气雷达测雨技术应用研究

采用改进窗概率配对方法以及自适应卡尔曼滤波和变分联合的方法分别对郑州和三门峡两部新一代多普勒天气雷达观测资料以及地面自动雨量站资料进行了降水反演和评估,并实现了两部雷达降水反演的拼图.评估结果表明在雷达测雨中,利用改进窗概率配对方法确定的Z-R关系反演的雷达测雨精度要优于目前国内业务雷达采用的经验关系式,而且经过自适应卡尔曼滤波和变分联合处理之后,既保持了雷达观测降水的空间分布特征,也显著提高了雷达测雨的精度.     

基于WEB的浙江省降雨型滑坡预警预报系统

滑坡发生的最主要诱发因素是降雨.基于浙江省淳安、磐安、庆元和永嘉4个县的历史滑坡资料, 在研究降雨量、降雨强度和降雨过程与滑坡灾害的空间分布、时间上的对应关系, 建立起滑坡灾害时空分布与降雨过程的统计关系, 确定区域性滑坡的临界降雨量和降雨强度阀值的基础上, 开发出了降雨型滑坡预警预报系统, 其中采用临界降雨量模型和有效降雨量模型来进行预警预报.系统留给浙江省气象台一个传送数据的接口, 气象台将每天按时上传降雨数据, 数据保存在后台数据库MicrosoftSQLServer中.建成的系统能够自动获取数据库中的数据生成时间与降雨量实时曲线, 当降雨量达到降雨强度阀值时, 触发MAPGIS图件, 在Internet上发布区域预警预报信息, 并提供预警措施.      

四川盆地降水日变化特征分析和个例模拟

利用台站观测降水资料,分析四川盆地及周边地区降水分布和日变化特征,得到以下结论:四川地区降水存在2个高值中心,均位于盆地周围的山地;盆地降水"夜雨"特征明显;川西高原降水峰值以午夜前降水量的贡献为主;盆中与盆地西南边缘山地的降水峰值由夜间降水量与降水频率共同作用;盆地东北边缘的山地是午前降水频率与后半夜的降水量均有贡献。其次,结合WRF模式的数值试验,对2008年9月23～24日发生在盆地的夜间暴雨过程进行模拟研究和综合分析。结果表明WRF模式较好地模拟了此次天气过程降水的空间分布和日变化规律,通过分析模拟的环流场与温湿场发现,夜雨的形成与大尺度环流场的影响和地形强迫关系密切。