陆气耦合模型在实时暴雨洪水预报中的应用

采用加拿大区域性中尺度大气模式MC2(Canadian Mesoscale Compressible Community)和新安江模型单向耦合模型系统,对2005年7月4～15日发生在淮河流域的一场暴雨洪水,进行了实时预报.采用王家坝以上流域的实测降水和王家坝断面的实测洪水资料,对MC2预报降水的时空分布和陆气耦合模型预报的洪水过程进行了分析.结果表明,MC2对该场强降水过程具有很好的预报能力,陆气耦合模型有效地增长了洪水预报的预见期,具有很好的应用前景.     

海河流域暴雨的气候特征与环流分型

选用海河流域1961~2012年132站逐日降水资料,通过趋势分析、M-K检验、EOF和REOF等方法分析了50余年海河流域暴雨的气候统计特征。利用NCEP/NCAR再分析资料和历史天气图资料,研究了海河流域14个典型强致灾暴雨过程的大气环流特征。结果表明:(1)海河流域夏季暴雨日站数和暴雨量的时空分布相近,暴雨日站数下降趋势较为显著;(2)海河流域夏季暴雨的空间分布可划分为3个分布型态:西南型、东北型和东南型;(3)海河流域暴雨在20世纪70年代末至80年代初存在一次突变现象;(4)海河流域强致灾暴雨过程可归纳为5类主要环流型,即高空低槽型、高空冷涡型、副高外围切变线型、低空低涡型和台风北上型。     

基于GRAPES的西北地区沙尘暴数值预报模式及其应用研究

介绍了中国气象局兰州干旱气象研究所和中国气象科学研究院数值预报研究中心合作研制的耦合于GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）的沙尘暴数值模式GRAPES_SDM。该模式包括沙尘的起沙、传输、吸湿增长、并合、干沉降与云下清洗等详细的物理过程，可以对沙尘暴的起沙和空气中沙尘浓度进行模拟和预报。在此基础上形成了西北地区的沙尘暴数值预报模式系统，并于2005年4月开始在兰州中心气象台试运行，同时还将模式结果与卫星遥感资料反演的沙尘暴监测结果进行了对比验证。以2005年4月17~19日和5月28~29日发生在西北地区的2次强沙尘暴为例，利用GRAPES_SDM对这两次沙尘天气的起沙、传输、扩散直至消散进行了数值模拟。结果表明，模式输出的沙尘时空分布与实况观测和卫星云图监测的沙尘分布范围基本一致，说明该模式系统对西北地区沙尘暴天气的起沙、传输有较好的模拟和预报能力。     

三种基于神经网络的洪水实时预报方案的比较研究

在总结神经网络应用的基础上,归纳了3种基于神经网络的洪水实时预报方案。第一种是神经网络水文模型的模拟模式加模拟误差的自回归校正模型,第二种是权重系数固定的神经网络实时预报方案,第三种是权重系数自动更新的神经网络实时预报方案。采用10个不同流域的日流量资料对这3种方案进行率定和校核。比较这3种方案的实时预报精度。结果发现,第三种方案不仅预报精度要高于其他两种方案,而且比第一种方案少了一个自回归校正模型,结构简洁。本文建议采用第三种洪水实时预报方案。     

一次梅雨暴雨的高分辨率数值模拟研究

对移植欧洲高分辨率有限区数值模式(HIRLAM)在我国的适用性进行了研究,解决了青藏高原对高分辨率欧洲模式引入中所造成的问题。利用该模式模拟了1991年江淮流域严重洪涝时期一次梅雨暴雨过程的中尺度特征,并揭示了青藏高原涡与西南涡的不同特点及其对形成特大暴雨中尺度系统的影响。这对于进一步了解梅雨暴雨的形成和演变机理及其预报等有一定意义,并具有广泛的应用前景。     

基于TRMM卫星雷达降雨的流域陆面水文过程

利用热带降雨观测计划(TRMM)卫星雷达降雨数据驱动分布式陆面水文模型,研究流域尺度陆面水文过程,评估该数据在水文模拟与预报等研究领域的性能。通过与实测雨量资料比较,验证TRMM卫星雷达降雨数据的质量。分别将TRMM卫星雷达降雨与观测降雨作为耦合模型的气象输入,模拟和研究淮河流域1998~2003年的陆面水文过程时空变化。结果表明,TRMM卫星雷达降雨数据能够很好地描述降雨的时空分布,利用TRMM降雨模拟的结果与利用观测降雨模拟的结果精度相当;模拟流量与实测资料基本吻合。卫星雷达降雨数据在陆面水文过程研究中具有广泛的应用前景。     

2020年淮河流域梅汛期极端暴雨洪涝雨水情分析

2020年主汛期淮河流域发生严重暴雨洪涝,其中淮河水系发生流域性较大洪水,正阳关站以上发生区域性大洪水,王家坝闸时隔13年再次开闸泄洪。使用淮河流域174个国家基本站08时单日降水资料,对2020年流域梅汛期（6月11日—8月1日）极端暴雨洪涝情况进行分析。结果表明：导致2020年淮河流域超长梅雨期的主要原因是副热带高压较往年同期位置偏西偏北,强度偏强,系统深厚,环流稳定,降雨过程多、强度大、极端性强,雨带与淮河干流走向基本一致;淮河流域梅汛期经历6次暴雨过程,总降雨量位列历史第一;流域上游来水与区域强降雨叠加,导致了流域正阳关以上区域性大洪水;2020年淮河中游王家坝站等控制站的水情较上一个大洪水年2007年更为严重。     

浙江省无资料流域洪水预报方法研究

无资料或资料不足是任意流域开展洪水预报面,临的难题和挑战。在浙江全省适用水文预报模型筛选基础上,利用自动寻优技术对浙江省39个代表流域978场暴雨洪水进行逐流域、逐场洪水产、汇流参数率定,并根据参数变幅、敏感性,分别采用均值、等值线空间内插、结合流域特征运用投影寻踪回归分析等方法进行产、汇流参数的地区综合,提出了全省无资料流域洪水预报方法,并经预报模型检验,精度可以满足防洪预警要求。     

基于模糊集理论的降雨不确定性传播影响研究

基于模糊集理论,耦合遗传算法,量化分析降雨的量级、空间分布和时程分配产生的不确定性对流量模拟的影响。雨量量级的不确定性使用模糊集概念表示,运用遗传算法对时段雨量在时间上进行随机解集,并通过在各子流域上采用不同的时间解集模式以同时考虑降雨时程分配和空间分布不确定性。应用TOPMODEL对资水流域新宁水文站洪水过程进行模拟研究,结果表明,雨量不确定性的传播对洪水预报的影响处于主导地位,降雨时空分布引起的不确定性对洪水模拟的影响次之。此外,通过对1 h和0.5 h解集结果的比较发现,本文中采用1 h作为模拟的时间步长已可以较充分反映雨量的时间变异性。     

气候变化背景下淮河流域场次暴雨事件时空演变分析

全球气候变化对暴雨洪涝等极端天气事件的发生产生了显著影响,识别气候变化背景下暴雨事件的时空变化特征是暴雨洪涝灾害综合应对的关键.以淮河流域为研究区,基于流域内229个气象站点1950-2012年的实测逐小时降水数据,遵循淮河流域实际情况对暴雨事件进行场次划分,并以此作为基础统计单元,借助地理信息系统平台,运用统计学方法并结合气象学理论,以场次暴雨事件开始时间、达到雨强峰值历时、场次平均暴雨历时及暴雨事件发生频次4个指标分析不同年代背景下淮河流域场次暴雨事件发生的过程变化及时空演变特征.结果表明：在气候变化的背景下,场次暴雨发生时间呈现宽幅化和极值化的变化趋势,暴雨发生时间出现了后移和双峰化的特征;暴雨历时及到达雨强峰值历时均呈现增加趋势,整个流域场次暴雨事件在1990s-2000s进入一个增加时期;全球性的气候变化使流域内暴雨事件发生的频次不断增加,历时不断增大,长历时高频次特征明显,尤其是近20 a来,淮河流域暴雨事件高发区域呈现出从流域部分地区向全流域扩张的趋势.     

淮河流域大型水库联合优化调度的动态规划模型解

淮河流域暴雨洪水频繁,常常遭遇恶劣雨型的组合。为使大型水库群在大范围暴雨洪水期间综合效益达到最优,采用动态规划模型求解淮河流域大型水库群的联合优化调度问题,利用国产曙光１０００巨型计算机的高速度和大容量的优势,解决了优化中的“维数灾”和“网格灾”问题,给出了淮河流域９个大型水库联合优化调度模型极效地提高了防洪水库的利用率。     

淮河干流洪水预报系统及其在1991年大洪水的应用

综述了淮河流域概况，淮河干流洪水预报系统物采用的预报方法。１９９１年淮河干流洪水预报采用了降雨径流预报与上，下游站相应流量预防方法相配合，并注重实时水情分析；在行洪区多，行洪后水面宽广而比降又极小的河段的汇流计算，采用了以实测洪水资料绘制的经验蓄曲线为充分发挥的湖泊洪水演算方法。     

近60年淮河流域夏季降水的变化特征

利用淮河流域1961～2017年夏季降水量资料,运用线性回归、滑动平均、Morlet小波、滑动T检验和Lepage检验方法分析了流域夏季降水的周期性特征和年代际变化特征。结果表明:流域夏季降水在大部分时段都具有明显的年际振荡特征,从20世纪90年代开始年代际振荡特征非常突出;流域夏季降水具有2～3a的年际变化周期和18～24a的年代际变化周期,1961～1967年、1997～2006年期间2～3a的短周期振荡非常显著,1990年以后18～24a的周期变得非常明显;在2000年前后,流域33～35°N纬向带状区域发生了显著的年代际突变现象,突变后与之前相比夏季降水增多了40%～60%;在2009年,流域沿淮河一线以北至35°N范围内再次发生显著的年代际突变现象,突变后降水减少了20%以上,此次年代际突变范围更广也更加显著,其物理成因值得进一步研究。     

淮河流域旱涝急转气候特征研究

利用标准化旱涝指数和灾情资料挑选出了1960～2009年淮河流域各水资源二级分区的旱涝急转事件,在此基础上分析了旱涝急转事件的时空分布、水位特征和大气环流特征,结果表明,淮河流域在这50年中共有13年出现了旱涝急转,约4年一遇,其频次和降水强度的大值区都位于流域上游和南部;与长江中下游地区相比,淮河流域的旱涝急转事件更频繁、平均强度更大。旱涝急转具有先减少后增加的年代际演变特征,就年内分布来看,主要集中在6月下旬～7月上旬;干流各水文控制站的水位对旱涝急转的响应具有一定差异,其中王家坝站水位涨幅最大,对强降水的响应时间最短。从环流成因来看,三种典型的大气环流形势可以引发旱涝急转。     

Social vulnerability to floods: a case study of Huaihe River Basin

Since ancient times, floods occurred frequently in Huaihe River with significant casualties and economic losses. In developing measures for disaster prevention or emergency response for disaster relief, the study of social vulnerability to floods in Huaihe River Basin should be strengthened. Based on the latest socioeconomic data, the index system of social vulnerability to floods was constructed from three dimensions: population, economy, and flood prevention. Sensitive indexes were identified from the original indexes by principal component analysis, and the social vulnerability index for floods was calculated for Huaihe River Basin. The results described the characteristics of the spatial distribution. It also demonstrated that vulnerability manifests itself as a regional phenomenon, with significant changes from city to city across the Huaihe River Basin. Understanding the impacts of changes in vulnerability was crucial in developing measures to prevent floods.     

变化环境下水文资料序列的可靠性与一致性分析

由于气候变化和人类活动的双重影响,实测水文系列会发生一定程度变化,而水文资料的非一致性直接影响到水文模型参数的代表性,影响到水文模拟的精度和可靠性。选择黄河流域和淮河流域的两个典型支流,采用有序聚类法和Mann-Kendall检验法对其水文序列资料进行突变检测,结果表明,黄河流域黑石关站的水文序列在1969年以后发生了较大的变化,而淮河流域息县站的水文序列未发生明显变化,说明黑石关站水文系列自1969年以来受气候变化和人类活动等因素的影响比较大,在一定程度上破坏了该站水文序列的一致性。相比而言,息县站流域受气候变化和人类活动的影响比较小,水文序列的稳定性较好。     

淮河流域平原区地下水资源合理开发利用模式研究

以中国地质调查局资助的《淮河流域环境地质调查》项目为依托,对收集到的区域基础地质和水文地质资料进行了二次开发利用,对淮河流域平原区地下水资源赋存条件、开发利用历史及现状进行了调查,对淮河流域平原区地下水资源开发利用环境效应及开采潜力进行了分析,从浅层水、深层水、微咸水三个方面说明了淮河流域平原区地下水资源合理开发利用模式.     

“我国重大天气灾害形成机理与预测理论研究”取得的主要研究成果

国家重点基础研究发展计划项目“我国重大天气灾害形成机理与预测理论研究”经过项目全体科学家的５年研究，取得了一系列重要的研究成果：①提出了基于多种实时观测资料的梅雨锋暴雨的多尺度物理模型；②建立了梅雨锋暴雨的天气学模型；③梅雨锋是由多个不同尺度系统构成的梅雨锋系，它具有介于温带锋系结构与热带辐合带结构之间的副热带锋系结构，在长江中下游可以有时表现为双峰结构。锋前的湿物理过程与锋上强对流系统发展形成的正反馈过程以及梅雨锋系的不同尺度系统的相互作用是梅雨锋维持与发展的重要机制；④提出了多种中尺度暴雨的定量卫星遥感反演理论和方法，并形成一系列新的反演产品；⑤成功地研究了双多普勒雷达同步探测和反演中尺度暴雨三维结构的理论和方法；⑥发展了配有三维变分同化系统的中尺度暴雨数值预报模式系统，在2003年淮河抗洪救灾中发挥了积极作用；⑦成功组织了2001/2002年长江中下游梅雨锋暴雨野外科学试验，在野外试验中还开展了中日国际合作，在此基础上项目建立了规范、完善、使用便捷的暴雨野外试验数据库，实现了数据共享。     

基于多源空间数据的淮河流域洪涝灾害监测评估

提出了综合利用被动微波卫星、中等空间分辨率光学卫星、高空间分辨率光学卫星和雷达卫星等遥感数据,地理数据,以及水文和气象等多源空间数据的洪涝灾害监测评估方法。并以2007年淮河流域洪涝灾害监测为例,快速获取了全流域洪涝灾害的时空变化特征信息,以及淮河干流区域的最大淹没面积及淹没历时数据,实现了重点区域灾情的精细监测和量化评估。结果表明,该方法充分利用多源空间数据,保证下垫面洪涝灾情信息的及时获取,克服了传统调查统计方法的不足,在2007年淮河流域防洪减灾服务中发挥了重要作用。