石家庄市城区暴雨强度公式修正方法对比分析

利用石家庄市国家基本气象站1961~2012年近52 a降水资料,基于年多个样法和年最大值法进行选样,采用皮尔逊-Ⅲ型分布对暴雨进行理论频率分析,得出暴雨强度—历时—重现期关系曲线,并利用高斯—牛顿迭代法对暴雨强度公式进行求解,以绝对标准差和相对标准差作为暴雨强度公式评价指标。结果表明:基于年多个样法推算的暴雨强度公式精度比年最大值法高,且满足暴雨强度公式评价指标。新编制的暴雨强度公式计算的暴雨强度值大部分比1978年编制的大,且随着降水历时的增长,其偏大的幅度呈增加趋势,与近30 a来石家庄市极端降水事件呈增加趋势基本相符。     

气候变化背景下北京市短历时暴雨的强度及雨型变化特征

利用1961—2017年北京观象台站逐分钟降雨资料,根据《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》,建立了北京市1961—1990年和1991—2017年两个气候态下的暴雨强度公式和2 a重现期下历时30 min、60 min、90 min、120 min、150 min、180 min以5 min为时间段的设计暴雨雨型。结果表明：1）P-Ⅲ型分布曲线对北京市两个气候态下各历时降雨量的拟合效果最好,暴雨强度公式精度最高。2）对比1961—1990年和1991—2017年暴雨强度公式,整体而言,后者各历时重现期的暴雨强度值较低,但随着重现期的增大,两者的雨强差值也增大。3）1961—1990年和1991—2017年短历时雨型的雨峰位置系数分别为0.436和0.382,2 a重现期下前者的各历时雨峰位置比后者提前,各历时累积降雨均在初期增长较慢、雨峰前后增长较快,之后增速明显减缓。     

吉林市暴雨强度公式推求和设计雨型

利用吉林市1961—2017年分钟降雨量数据,分别采用年最大值法和年多个样法选样,P-Ⅲ型、指数型和Gumbel分布拟合频率分布曲线,根据误差最小原则选择最佳取样及拟合方法,采用最小二乘法求解暴雨强度公式参数,并将新旧暴雨强度公式进行比较,再利用推求出的公式参数模拟吉林市短历时芝加哥雨型。结果表明:通过年最大值法选样和P-Ⅲ型频率分布曲线拟合得到的暴雨强度公式精度最高。5~20 min历时新编暴雨强度公式计算的暴雨强度值与旧编公式相当或偏小,30~180 min历时新编暴雨强度公式计算的暴雨强度值偏大。在相同重现期下,随着降雨历时的延长,雨强变化率逐渐加大。吉林市短历时雨型的综合雨峰位置系数为0.389。30~180 min历时雨型形态均为单峰型,各历时瞬时雨强峰值接近,雨峰位置位于偏整场降雨过程的1/2处之前。累计雨量的变化特征与设计暴雨雨型形态一致。     

鲁中主城区暴雨强度公式的修正方法

利用鲁中淄博地区1981~2013年降水资料,分析降水变化的时空规律。基于年最大值法选样,采用P-Ⅲ型分布、指数分布和耿贝尔分布对淄博主城区暴雨强度进行理论频率拟合分析,得出重现期—暴雨强度—历时的关系曲线,结合最小二乘法和高斯—牛顿法推求暴雨强度公式参数,以绝对误差和相对误差作为公式主要评价指标,得出淄博主城区暴雨强度公式。结果表明:淄博市近30 a来暴雨强度呈上升趋势,上升幅度由短历时向长历时递减;年平均暴雨日数呈现山区多、平原少的空间分布,其中,淄博主城区最少为1.6 d,南部山区博山最多为2.5 d;P-Ⅲ型分布曲线拟合理论频率—最小二乘法推求参数得到的暴雨强度总公式和单一公式效果最好,总公式平均绝对标准差和平均相对标准差分别为0.026 mm/min和2.35%;新修正的暴雨公式计算的暴雨强度值多数比1980年代编制的大,偏大幅度随重现期的增加而增加,对临近平原地区暴雨强度有较好的拟合效果。     

汕头市新旧暴雨强度公式对比分析

采用汕头国家气象站1980—2014年的年最大雨量资料对汕头市暴雨强度公式进行了修编,并与旧公式对比,结果表明:(1)新公式计算的暴雨强度值总体上大于旧公式,降雨历时越长,重现期越大,则偏大越明显,2～20年重现期平均增大了5.0%。(2)在年平均降雨量变化较平稳的气候背景下,新公式采用的资料年限的最大降水平均值大于旧公式对应资料年限的最大降水平均值,且资料中出现了强降雨样本,导致新公式比旧公式总体上偏大是合理的。(3)汕头市新暴雨强度公式可作为汕头市区室外排水设计的依据。     

重庆主城区暴雨强度公式推算和应用探讨

根据重庆市主城区沙坪坝、北碚、巴南、渝北站1981-2013年逐分钟降水资料,基于年最大值和年多个样法两种数据采样方式,采用皮尔逊Ⅲ型分布、耿贝尔分布和指数分布曲线拟合,分别编制了暴雨强度公式。结果表明:年最大值法取样推求的暴雨强度值在10 a以下重现期部分小于年多个样法,在11-30 a重现期部分两者差别小,在31-100 a重现期部分年最大值法大于年多个样法。4站均以年多个样法取样推求的暴雨强度公式误差最小。巴南和北碚选用1981-2013年、渝北与沙坪坝选用1991-2013年降水数据根据年多个样法取样采用指数分布曲线拟合推算的暴雨强度公式。通过分析各历时降水量空间分布特征,划定了新编暴雨强度公式在重庆主城区的适用范围。     

兰州市暴雨强度公式拟合方法研究

本文基于兰州市国家基本气象站1960~2014年降雨资料,通过直接拟合、耿贝尔分布、皮尔逊-Ⅲ型分布研究兰州市暴雨强度公式。选用芝加哥雨型来研究兰州市雨峰系数,结合暴雨强度公式确定短历时暴雨雨型。结果表明:(1)皮尔逊-Ⅲ型分布要优于耿贝尔分布和直接拟合,其调整后的兰州市暴雨公式中1年雨力参数A1为5.532mm/min,重现期调整参数c为3.198,降雨历时偏移参数b为14.92min,n为0.942,平均绝对均方差为0.036mm/min;(2)皮尔逊-Ⅲ分布能够满足不同的降雨历时以及更久的重现期。降雨历时小于90min或者重现期大于20年的暴雨模拟精确度更高,重现期在2~20a的暴雨平均绝对均方差最小为0.03mm/min。      

天津地区设计暴雨强度的推算与适用

设计暴雨是防洪和排水设施建设的重要基础,完善设计暴雨是加强应对区域洪水和城市内涝灾害风险的重要保障。由于一般气象站的暴雨观测资料不足以推算城市排水所需的设计暴雨强度,因此研究如何最大限度地利用常规观测资料,对于在空间上细化城市排水设计暴雨具有重要意义。该文选取天津市区和塘沽两个具有长年分钟雨量资料的气象站,基于年最大值和年多值两种数据采样方式对暴雨强度进行推算,并分别编制了暴雨强度公式。与天津市区相比,塘沽的暴雨强度明显偏大,其在市政排水设计上不宜采用与天津市区相同的标准,否则将面临更大的暴雨内涝风险。对比分析两种暴雨强度公式计算值表明:当标准为2~10年一遇时,基于年最大值采样法的暴雨强度公式在排水设计上具有适用性,即利用常规观测资料推算的设计暴雨强度在排水设计方面的适用范围。这为在空间上进一步细化城市排水设计暴雨提供了参考。     

辽宁葫芦岛市新旧暴雨强度公式对比及暴雨雨型分析

根据1973—2014年葫芦岛市分钟降雨资料建立暴雨统计样本,通过对比分析确定采用年最大值法,基于P-Ⅲ型概率分布曲线拟合,推求出新一代暴雨强度公式。对比新、旧暴雨强度公式,5~30 min历时各重现期雨强以旧暴雨强度公式计算结果偏大,新、旧公式计算的45 min历时各重现期雨强基本相当,60~180 min历时各重现期雨强以新暴雨强度公式计算结果较大。在此基础上,开展葫芦岛市短历时暴雨雨型研究。统计确定雨峰位置系数为0.32,采用芝加哥雨型进行短历时暴雨雨型分析,重现期2 a、降雨历时60、90、120、150、180 min的累计降雨量在38.73~66.99 mm,均以初期累计降雨增长较慢,雨峰前后增长速度较快,之后降雨增速明显放缓。     

气候变化背景下干旱区暴雨强度公式误差控制技术研究

频繁的极端降水事件使暴雨强度公式编制过程中的误差控制变得越来越困难。利用宁夏银川国家气象站1961—2016年分钟降水资料,采用指数、耿贝尔、P-III等概率模型进行雨强-重现期的曲线拟合和最小二乘法、高斯牛顿法进行暴雨强度公式参数推求,编制银川市暴雨强度公式,探讨干旱区暴雨强度公式的误差控制和优化策略。结果表明:(1)干旱区强降水样本少、变率大,针对编制暴雨强度公式过程中曲线拟合和参数求解这两个重要步骤过程中误差难以控制的缺陷,设计了一种新的误差控制策略,将误差的两步控制改变为综合控制,从而可使公式推算过程的误差达到最小。(2)银川夏半年平均气温从20世纪90年代中后期开始明显升高,短历时(尤其是30~180 min)降水强度为一致增强趋势,且变率加大。(3)优选耿贝尔曲线拟合结合高斯牛顿法求解公式参数,作为银川市暴雨强度总(分)公式的组合计算方案,较好地编制了银川市新一代暴雨强度公式,为干旱区暴雨强度公式的编制提供了可供参考的思路。     

贵阳市暴雨变化趋势及短历时暴雨雨型研究

该文利用贵阳站1951—2013年逐日降水量及1961—2013年逐分钟降水量资料,对贵阳市暴雨变化趋势进行分析,其结果显示贵阳市暴雨平均雨量整体呈上升趋势,暴雨日数及总暴雨量总体呈现出下降趋势,21世纪以来贵阳市暴雨强度有所增强,近30 a的降水极端性及降水强度较强。以1981—2013年逐分钟降水资料为数据基础,依据《室外排水设计规范》(GB50014-2006,2014版)及《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》(2014版)要求新修编的贵阳站暴雨强度公式,采用芝加哥雨型法确定贵阳市短历时暴雨雨型,雨峰综合系数为0.405,即雨峰位于整个降雨过程的终端偏前的时刻。     

长春市暴雨强度公式编制和雨型确定

利用长春市气象探测中心1961-2000年5-9月份的逐分钟降雨资料,统计得10个不同历时的雨量情况,分析了长春市短历时暴雨雨量的时间变化特征。通过计算和检验,得出长春市的暴雨强度公式和不同重现期的短历时设计暴雨强度。利用芝加哥法确定了长春市暴雨雨型。     

达州主城区暴雨强度总公式计算及对比分析

本文根据达县站1961~2013年共53 a降水资料,采用年多个样法和年最大值法两种取样方式,用皮尔逊-Ⅲ型分布、指数分布和耿贝尔分布等三种曲线拟合样本,得到理论上的雨强-历时-重现期表(i-t-p三联表),再用最小二乘法和高斯牛顿法求解达州主城区的暴雨强度总公式参数,并对比分析了两种取样下总公式的计算结果。结果表明,年多个样法在低重现期明显高于年最大值法,而在高重现期高历时下,年最大值法则明显偏高。     

黄山市暴雨强度公式的研制

利用黄山市屯溪气象站1987～2016年连续30a的降水观测资料,获得降水量统计样本;采用"年最大值法"进行资料选样,按照P—Ⅲ分布、耿贝尔分布和指数分布进行分布曲线拟合得到雨强—重现期—历时(i-P-t)三联表;采用最小二乘法、高斯牛顿法求解暴雨强度分公式和总公式参数,根据误差最小原则确定最优方法,得到黄山市暴雨强度公式。结果表明:耿贝尔分布和指数分布各降水历时下的相对均方根误差比P-Ⅲ分布较小;采用最小二乘法参数组合方法计算分公式和总公式误差比高斯牛顿法较小,精度满足国标要求,是目前较为合适的暴雨强度公式计算方法,推荐为最优的暴雨强度公式。     

南疆阿克苏市短历时强降水特征及暴雨强度公式推算

基于阿克苏市1956—2020年的逐分钟降雨数据,采用年最大值法样本选样,分别选取近65年中逐5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180 min等11个降水历时的逐年最大值作为样本数据。采用一元线性拟合方法分析各历时降水年际变化特征,并使用耿贝尔分布、皮尔逊-Ⅲ型分布、指数分布曲线对各历时降水资料进行拟合,对比三种分布曲线拟合结果的理论频率和经验频率后,采用最小二乘法和高斯牛顿法计算暴雨强度公式参数,并进行暴雨强度公式精度检验。结果表明：阿克苏市近年来短历时的城市暴雨特征愈加明显;阿克苏市降水数据使用指数分布拟合、高斯牛顿方法推算所得的暴雨强度公式精度最高。     

雄安新区长历时暴雨强度公式及其设计雨型推求

设计暴雨研究是城市排水防涝工程建设的重要基础。基于1981—2020年雄安新区3个地面气象观测站的降雨资料,对其降雨量和暴雨日数的时间变化特征进行了分析;采用雄县分钟级降雨数据,通过年最大值法选样,为兼顾长、短历时降雨样本的拟合优度,选用P-III型曲线对降雨数据进行理论频率分析,通过MATLAB的高斯—牛顿法求解暴雨强度公式中的参数,最终得到长历时综合暴雨强度公式,根据同频率分析法对雄县1440 min的设计暴雨雨型进行推求。结果表明：雄安新区多年平均降雨量为490.4 mm,暴雨日数为4.4 d;2000—2020年暴雨日数呈增多趋势,尤以大暴雨增多明显,近10 a大暴雨发生日数占暴雨日数的比率最大,为20.8%,较21世纪初10 a大将近7倍。编制的长历时综合暴雨强度公式,可计算5—1440 min任意历时、2—100 a任意重现期的设计暴雨。雄县以5 min为步长的1440 min设计暴雨雨型为单峰型,雨峰系数为0.806,结合所编制的长历时综合暴雨强度公式,可推求任意指定重现期下1440 min的设计雨型。     

北京降雨过程分型特征及短历时降雨重现期研究

利用北京观象台1961—2004年44 a逐分钟自记降雨资料,采用模糊识别法和统计分析法对北京市降雨过程进行雨型分型,并对5、10、15、20、30、45、60、90、120、180 min共10种不同短历时年最大降雨极值的概率分布利用指数分布、耿贝尔分布和皮尔逊Ⅲ型概率分布函数进行拟合。在此基础上,推算各历时降雨重现期极值。结果表明,暴雨天数年代际差异较大,暴雨量主要集中在50~100 mm范围内;不同月份雨型分布不一致,6月多双峰型,7—9月多单峰型雨型;总体上,北京降雨过程多为单峰型,占80%以上。最大降雨量主要出现在午后至傍晚和凌晨;北京短历时降雨极值的概率分布多数不服从指数分布而服从皮尔逊Ⅲ型分布;重现期降雨极值随历时增加而增大,2 a至100 a重现期内10 min降雨极值取值为10.4~22.6 mm,60 min降雨极值取值为22.3~59.2 mm,180 min取值为53.0~89.8 mm。     

昆明市暴雨强度公式推算与对比

根据昆明国家基准气候站1981—2014年34年的逐分钟降水资料,基于年最大值数据采样方法,分别采用皮尔逊Ⅲ型、耿贝尔型、指数型3种分布函数曲线进行拟合试验,推算昆明市暴雨强度公式;在频率曲线拟合和暴雨强度公式参数估算时分别进行了精度检验,以误差最小为原则,得出耿贝尔型拟合的暴雨强度公式为最优公式。将新编最优公式与昆明市现有的其他5个暴雨强度公式进行对比,分析了昆明暴雨强度时空分布特征,验证了公式的合理性和适用性,为昆明城市防涝工程设计和相关设施的建设提供依据和参考。     

基于芝加哥法的柳州市设计暴雨雨型研究

利用柳州国家气象观测站1975~2014年共40a的逐分钟降雨过程资料,采用芝加哥法分析研究柳州市区设计暴雨雨型。结果表明:各重现期下柳州相同降雨历时设计暴雨雨型的形态一致,各短历时雨型大体呈单峰型;各短历时设计暴雨雨型雨峰位置基本处于整场降雨过程的1/3分位,降雨强度随着重现期的延长而增大;相同重现期下雨峰处降雨强度值随历时的增加呈现"减小—增大—减小"的波动趋势且历时120min的雨峰峰值最大。     

最优暴雨强度公式参数Matlab程序的设计

针对推求最优暴雨强度公式参数计算繁琐、耗时长的问题,基于数值逼近法和最小二乘法在Matlab平台上编写M文件程序,当导入重现期-降雨强度-降雨历时数据后,可自动在8万多种可能性中挑选出平均绝对均方差最小的参数,并判断该组参数下重现期2~20年暴雨强度是否满足精度检验,最终挑选出最优暴雨强度公式参数。实例计算结果检验了程序的正确性,为求算暴雨强度公式参数提供一个简便、有效的途径。