山区小流域洪水分布模式模拟与危险性评估

流域暴雨山洪过程时空异质性强,准确评估雨洪变化特性和洪水危险性对山洪灾害防治具有重要意义。以7个降雨特征指标和6个洪水特征指标刻画流域场次雨洪特性,采用中国山洪水文模型和洪水频率指标相结合,模拟和评估口前流域洪水过程及其危险性。结果表明：场次洪水洪峰模数、洪峰时间偏度、高脉冲历时占比、涨落洪速率与降雨总量、平均雨量、最大雨强、雨峰位置系数、基尼系数等降雨特征指标显著相关,三场致灾洪水过程的降雨均呈现量级大、强度大、历时短、暴雨中心偏中下游的特点;率定期和验证期的平均径流深相对误差均在9%以内,平均洪峰流量相对误差均在11%以内,平均峰现时间误差均在1.7 h以内,平均Nash-Sutcliffe系数为0.80和0.76;各场次洪水有0.0%～93.3%的河段流量达到一般危险及以上等级,三场致灾洪水过程的危险性等级最高,分别有80.0%、35.0%和1.7%的小流域河段流量达到高危险及以上等级。研究可为山区小流域暴雨洪水危险性评估、灾害响应和复盘等提供技术支撑。     

西宁市短历时暴雨雨型及适用性分析

利用西宁市1954-2017年降水分钟数据建立暴雨统计样本,采用年最大值法推算暴雨强度公式并推求西宁市短历时暴雨雨型。结果表明：西宁市短历时暴雨雨型单峰特征比较明显,单峰峰值出现在前1/3。历时120 min芝加哥设计雨型综合雨峰位置系数0.27,雨峰位置在35 min左右,峰值前（后）雨强迅速增加（减小）,最大1 h降水量为13.14 mm,降水主要集中在20～80 min。各历时的瞬时雨强变化趋势以及分布型基本一致,雨强随着重现期的增大而增大。累计降雨雨峰前（后）增长斜率升（降）最大。西宁市暴雨分布呈现局地性强,空间差异明显特征,芝加哥设计雨型结果对城西和城北区代表性较好,城中和城东区可参考使用。     

南京市近25年短历时暴雨雨型特性

采用南京市7个雨量观测站近25年的逐分钟雨量资料,提取了各站30min、60min、90min、120min、150min、180min历时的暴雨样本,统计了各站暴雨年发生次数变化并比较了空间差异性,采用模糊识别法识别了各暴雨样本的雨型,分析了各历时暴雨样本雨型组成结构,从雨峰数量和雨峰系数方面探究了雨峰的分布规律,并对比了城郊暴雨雨型特征差异性。结果表明,近25年来南京市暴雨发生次数呈增加趋势,暴雨时程分配更加集中;各历时暴雨中以雨型Ⅰ(单峰且雨峰在前部)、Ⅳ(暴雨过程均匀)发生频率较大,雨型发生比例空间差异较小;各站暴雨中约有38.6%~70.2%为单峰暴雨,不同站点暴雨雨峰位置分布类似;城区暴雨发生频次更高,且未来时期持续性强降水发生几率较大,郊区暴雨雨峰出现时间比城区更早。     

长江上游流域降水结构时空演变特性

为研究气候变化和人类活动背景下的长江上游流域降水结构时空分布特性,利用长江上游流域67个气象站点1961—2005年45年的日降水资料,分析了各种不同历时连续降水的时空演变特征。通过Trend Free Pre-Whitening方法消除降水时间序列中的自相关成分,利用非参数的Mann-Kendall法检验了降水结构的变化趋势。结果表明:① 长江上游流域及各分区各历时降水发生率随降水历时增加呈指数递减趋势,贡献率先增加后降低,以短历时降水为主;② 长江上游短历时（1 d和2 d）降水贡献率发生突变的时间在1976年,长历时（6 d和10 d）降水发生率发生突变的时间为1984年,贡献率发生突变的时间为1999年;③ 长江上游短历时降水集中出现的次数增加,降水强度增大,降水量占总降水量的比例较大,而长历时降水出现频次降低,降水量占总降水量比例下降,其中岷沱江流域、大渡河流域、长江干流区间通过了显著性检验。     

长江上游流域降水结构时空演变特性

为研究气候变化和人类活动背景下的长江上游流域降水结构时空分布特性,利用长江上游流域67个气象站点1961—2005年45年的日降水资料,分析了各种不同历时连续降水的时空演变特征。通过Trend Free Pre-Whitening方法消除降水时间序列中的自相关成分,利用非参数的Mann-Kendall法检验了降水结构的变化趋势。结果表明:①长江上游流域及各分区各历时降水发生率随降水历时增加呈指数递减趋势,贡献率先增加后降低,以短历时降水为主;②长江上游短历时(1 d和2 d)降水贡献率发生突变的时间在1976年,长历时(6 d和10 d)降水发生率发生突变的时间为1984年,贡献率发生突变的时间为1999年;③长江上游短历时降水集中出现的次数增加,降水强度增大,降水量占总降水量的比例较大,而长历时降水出现频次降低,降水量占总降水量比例下降,其中岷沱江流域、大渡河流域、长江干流区间通过了显著性检验。     

甘肃省境内典型小流域暴雨特性及洪水过程模拟研究

选取甘肃省境内11个典型小流域的水文站实测资料,在分析资料可靠性、一致性、代表性及暴雨洪水特性的基础上,综合利用水文学、数理统计学等理论和方法,建立了小流域最大暴雨量-暴雨历时关系模型、最大洪峰流量-流域特征关系模型。结果表明:各时段最大暴雨量较大值主要分布在泾河流域和嘉陵江流域东南部,较小值主要分布在渭河流域、洮河流域、嘉陵江流域的北峪河;绘制了各代表站最大暴雨量-暴雨历时关系曲线,嘉陵江流域以90min为转折点,其他流域均以180min为转折点,小于转折点时,暴雨量随暴雨历时增长而急剧增加,大于转折点后,变化趋于平缓稳定。重点选取危害较大、难以防范的330场次短历时暴雨洪水,建立各小流域暴雨洪水概化模型,短历时洪水发生时间很短,洪水起涨时间约2～5h,洪峰出现时间约5～7h。研究典型小流域水文要素变化规律,分析局地短历时暴雨洪水特性,并模拟其变化过程,对区域抗旱防汛减灾、水资源管理、小流域治理及生态环境保护具有重要意义。     

北京“7·20”特大暴雨的时空多要素分析

基于高站点密度的场次降雨数据对2016年7月20日发生在北京地区的特大暴雨过程进行分析,明晰其时空演变过程。主要结论如下:(1)暴雨中心降雨总量在350mm以上,大致呈带状分布,主要位于海拔高度在200~400m范围内的山麓平原,说明地形抬升作用对暴雨的形成有明显的促进作用;(2)暴雨中心处发生的是长历时、高强度的降雨过程,而位于怀柔区和密云区交界处的暴雨副中心处发生的是短历时、高强度的降雨过程;(3)暴雨过程为一小一大的双峰雨型,第二阶段是整个降雨过程的主过程,降雨总量达到184.7mm,与北京"7·21"暴雨的降雨总量基本持平,超过20年一遇标准;(4)随着降雨总量的增加,各站点最大1h雨强呈线性增加的趋势,且最大雨强出现时刻有所提前,随着统计时段的增加,最大降雨总量增加的速率逐渐变缓,可由对数函数进行拟合。     

HadCM3模式下钱塘江流域设计暴雨估算

全球气候变化背景下,极端水文气象事件发生的频率和强度都受到了直接影响,研究气候变化对极端水文气象事件的影响对防灾减灾和工程设计等至关重要.采用了联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告中给出的A1B、A2和B1三种温室气体排放情景,选用大气环流模式Had-CM3,利用随机天气发生器LARS-WG生成逐日气象资料,结合P-Ⅲ型曲线和线性矩方法分析计算了钱塘江流域21世纪中叶的设计暴雨情况.结果表明:LARS-WG天气发生器在钱塘江流域有较好的模拟效果;在A1B和B1情景下,钱塘江流域各站点不同重现期下的设计暴雨值基本呈增大趋势,其中A1B情景下杭州站百年一遇的设计暴雨值为209.14mm,比基准期增大11.0％.     

中国区域性暴雨事件未来变化:RegCM4动力降尺度集合预估

区域性暴雨事件由于影响范围大、持续时间长,更易引发严重洪涝灾害,对经济社会可持续发展构成严重威胁。因此,预估区域性暴雨事件的未来变化对于气候变化适应和灾害风险管理意义重大。本文基于区域气候模式RegCM4对4个全球气候模式的动力降尺度模拟,利用“追踪式”客观识别方法,对我国区域性暴雨进行了识别,并从发生频次、持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度5个方面预估了其在RCP4.5情景下的未来变化。多模式预估结果表明,我国平均区域性暴雨事件的发生频次、持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度到21世纪末均呈不同程度的上升趋势。与1986—2005年相比,无论在21世纪中期(2046—2065年)还是末期(2080—2099年),位于“低值区”的事件出现频率减少,而位于“高值区”的事件出现频率增加。轻度区域性暴雨事件发生频次将减少,而中度、重度和严重的区域性暴雨事件发生频次将增加。在空间分布上,区域性暴雨事件的发生频次、持续时间和降水量均在我国东部区域大范围增加,并且三者增幅的空间分布型态较为一致。增加最显著的区域主要位于长江中下游、江南和华南地区,而且到21世纪末期的增加幅度大于中期。     

汶川震区暴雨泥石流发生的降雨阈值

搜集了汶川震区暴雨泥石流发生的降雨数据,采用詹氏法和修正法两种雨场分割法对其进行处理,研究了降雨参数（降雨强度、累积雨量和降雨历时）与泥石流发生之间的关系,建立了汶川震区暴雨泥石流发生的降雨阈值模型。结果表明:采用詹氏法和修正法这两种雨场分割方法所获得的降雨参数之间存在差异。两者的累积雨量差异不大,但后者的平均雨强要小于前者,其原因在于修正法改善了詹氏法估计降雨时间过短的缺点,延长了降雨历时。通过分析平均雨强~历时、累积雨量~历时、标准化平均雨强~历时和标准化累积雨量~历时之间的关系,采用单线法建立了汶川震区暴雨泥石流发生的降雨阈值。研究成果在四川省绵竹市清平乡的泥石流灾害事件中进行了应用与验证,结果表明该方法具有合理性和可行性。     

1961-2016年四川地区不同量级不同持续时间降水的 时空特征分析

利用四川地区122站逐日降水数据,采用均值、气候趋势系数等统计方法,对1961-2016年不同量级不同持续时间降水的空间和时间变化特征进行了分析,结果表明：盆地和攀西地区小雨、中雨、大雨和总暴雨所占年降水量比例接近,高原地区小雨降水量约占50%以上,中雨约40%,大雨约10%;整个四川地区小雨日数占总降水日数75%以上,量级越高降水日数越少。年降水量在盆地和攀西地区为减少趋势,高原则相反,年降水日数除了在高原局部微弱增加外其他地区皆减少且大部分区域减少趋势通过99%的显著性水平检验,这种趋势显著性主要体现在小雨量级降水。随着降水量级的增加,高原、盆地东北、攀西和盆地东南的部分地区出现了降水量和降水次数增加趋势,这可能说明高原地区年降水量的增加由小雨量级降水效率以及中雨和大雨降水次数增加导致,盆地和攀西部分地区年降水量的增加主要由降水量级大的降水次数增加导致。     

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。     

1980—2019年新疆南部不同强度暴雨洪水灾害的空间分布和时间变化特征

以1980—2019年新疆南部出现的暴雨洪水灾害事件造成的死亡人数、倒塌房屋数、倒塌棚圈数、牲畜死亡数、受灾面积作为灾情要素,采用比值权重法和无量纲化线性求和,构建了暴雨洪水灾害事件的灾损指数。根据灾损指数,采用百分位数法将每次暴雨洪水灾害事件定量划分为一般、较重、严重、特重四个等级。结果表明：新疆南部暴雨洪水事件在塔里木盆地北缘多于南缘,西部多于东部,高值区集中在阿克苏地区、喀什地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州一带;暴雨洪水事件多发在3—10月,年出现次数呈现明显上升趋势,增幅为8次·（10a）^-1,主要表现为一般性灾害发生频次的增加;新疆南部暴雨洪水灾害年平均灾损指数在1985年和1999年发生两次突变,平均值表现出“低—高—低”阶段性变化;暴雨洪水灾害发生次数与3—10月降水量、大雨发生日数、暴雨发生日数密切相关。近40年来新疆南部降水量的增多,导致暴雨洪水灾害次数增加;年平均灾损指数与特重和严重灾害发生次数关系密切,后者对其贡献率达87%。     

滑坡预警中的降水时空变异性——以云南头寨沟为例

目前已有大量不同尺度的临界降水标准对区域性滑坡进行预警,但仍存在预警空间外延性差、时间精度低、临界降水阈值不科学等问题。针对当前构建的临界降水阈值实现滑坡预警模型,以云南昭通盘河流域头寨沟为例,在研究区两个不同海拔高度位置分别布设气象站,进行了为期一年的降水观测,并比较了研究区两个不同位置的降水特征。结果表明:研究区降水梯度高达190 mm/hm,两个不同海拔位置降水变异性显著;降水持时是造成山上(2#站)与山下(1#站)次降水量差异的主要影响因素;发生小雨时2#站与1#站的降水差异性很小,但1#站发生中雨及以上的降水事件时,2#站的降水等级比1#站高1~2个等级,且有59.26%的概率会发生大雨或者暴雨;1#站为暴雨时,2#站100.00%概率为暴雨甚至大暴雨;2#站与1#站夜间降水均大于白昼,且强降水事件多发生于夜间。     

1819年黄河中游极端降水:史实、特征及气候背景

据清官档案与方志记载,复原了1819年(清嘉庆二十四年)黄河中、下游大范围房屋倒塌、民田冲没、人口伤亡、黄河多处决溢等雨涝灾情图景及时空分异特征,这是在明清小冰期大气候背景下的极端气候事件和重大气象灾害.研究指出,该年黄河中游夏秋季雨期长(连阴雨)、且多大到暴雨,二级流域(汾河、渭河)6-9月份降水县区雨日高达40日以...     

气候变化对澜湄流域气象水文干旱时空特性的影响

受全球气候变化影响,澜沧江-湄公河流域气象水文干旱发生了较大变化,预测未来流域干旱的时空变化与传播特征是应对气候变化、开展澜湄水资源合作的基础。利用SWAT模型通过气陆耦合方式模拟了澜沧江-湄公河流域历史（1960—2005年）和未来时期（2022—2050年,2051—2080年）的水文过程,采用标准化降水指数和标准化径流指数预估并分析了流域未来气象水文干旱时空变化趋势。结果表明:①澜沧江-湄公河流域未来降水呈增长趋势,气象干旱将有所缓解,但降水年内分配不均与流域蒸发的增加,将导致水文干旱更为严峻,干旱从气象到水文的传播过程加剧;②水文干旱具有明显的空间异质性,允景洪和清盛站的水文干旱最为严重,琅勃拉邦、穆达汉和巴色站次之,万象站最弱;③未来流域水文干旱事件发生频次略有减少,但其中重旱、特旱事件占比增加,极端干旱将趋多趋强,且空间变化更加显著。     

新疆阿尔泰山地区极端水文事件对气候变化的响应

新疆北部阿尔泰山地区受西风带气流影响, 降水丰沛, 尤其冬季积雪厚而稳定, 山区产流发育了额尔齐斯河与乌伦古河, 从西到东形成主要支流十余条. 在全球气候变化下, 山区气温上升明显, 极端降水增多, 气候变暖带来的水循环加快, 极端水文事件也趋于增多. 由于冬季气温升高, 春季积雪消融提前, 春季融雪洪水提前, 洪峰流量增强; 夏季极端降水增加, 使得暴雨洪水增多. 由于冬、 春季积雪增多, 雪灾发生频率增加, 春季的融雪洪水灾害危害增强. 极端水文事件引起的自然灾害已经威胁到阿勒泰地区的牧业生产、 交通安全和水资源供给, 应加强水文水资源安全对气候变化的应对措施, 提高水资源安全保障, 减缓气候变化的危害.     

大尺度流域基于站点的降雨时空展布

降水是影响流域水循环最活跃的因素,其时空分布不均匀对流域产汇流的影响非常大,因此在进行流域水文模拟时,需要充分考虑到降雨的时空变异性。本文针对大尺度流域的特点,提出了一种日雨量的空间展布方法,该方法根据站点降雨量之间的相关系数选取参证站点,采用距离平方反比法把站点的日雨量插补到空间计算单元上去,或采用泰森多边形法插值。该方法计算结果和本次全国水资源规划的结果差别不大,说明插值方法比较可靠。由于大尺度流域雨量站点的布设比较稀疏,采用空间插值的方法生成计算单元降雨量值精度不好,本研究中提出了一个大于10mm的大强度日降雨的向下尺度化方法。首先建立了一个将日降雨分配成小时降雨量的雨强历时关系模型：然后根据黄河流域的特点,把全流域划分为五个大强度降雨区,分区对参数进行了率定：最后采用实测资料对模型进行了检验。本文提出的方法,在黄河流域水文模拟中进行了应用,由径流模拟结果看,效果令人满意。     

分辨率和陆面方案对长江流域短期气候预测影响

利用区域气候模式RegCM4.5,分别选取不同陆面参数化方案和空间分辨率,对5个长江流域降水异常年份进行短期气候回报试验,分析对气温和降水预测效果的影响及其最优组合。结果表明:空间分辨率的提高可以改善流域降水和气温的预测性能;而不同陆面方案引起的地表净辐射能量分布不同及其地表蒸散差异,最终导致流域内气温和降水预测效果不一致。RegCM（CLM4.5+30 km）对流域内小雨预测结果最好,而RegCM（BATS+30 km）预测流域内大雨和暴雨效果最优;RegCM（CLM3.5+30 km）对流域内气温预测能力最好。