1960—2017年太湖流域不同等级降水时空特征

基于太湖流域1960—2017年逐日降水数据,运用Mann-Kendall非参数检验法、R/S分析等方法,分析太湖流域不同等级降水的时空变化特征,并探讨了不同等级降水对年降水的影响。结果表明：1）近60年来,流域小雨发生率最高,为73.55%;年总降水量中,中雨量所占比例最大,为32.05%。小雨发生率呈显著减少趋势,暴雨贡献率呈显著增加趋势。2）太湖流域大雨、暴雨的降水量和降水日数都呈显著增加,小雨日数显著减少,小雨强度、年总降水强度显著增强。3）不同等级降水变化趋势的空间分布存在明显差异。小雨日数与年总降水日数,以及小雨强度与年总降水强度的变化趋势空间格局相一致。中雨日数、大雨日数、暴雨日数变化趋势的空间分布与其对应的降水量变化趋势的空间格局相似。4）R/S分析结果显示,小雨、暴雨、年总降水相关指标（小雨量除外）都表现出较强的持续性,未来变化趋势与过去相一致。5）近60年来,太湖流域年总降水量、降水日数、年总降水强度的变化,分别受中雨量、小雨日数、暴雨量的影响较大。在旱年流域年降水量偏少受大雨量减少的影响较大,而涝年年降水量偏多受暴雨增加的影响较大。     

孟加拉湾风暴造成红河州一次强降水的诊断分析

应用MICAPS常规资料结合FY-2卫星云图,通过天气分析与物理量诊断分析方法,对红河州2007年5月16～18日的持续性强降水天气过程进行了分析。这次过程主要影响天气系统为初夏孟加拉湾风暴、700 hPa切变线及地面冷锋,冷空气侵入孟加拉湾风暴外围环流导致强降水发展并持续。冷锋切变南下有利于水汽凝结量的增加及强降水天气发生发展环境的形成。孟加拉湾风暴带来的充沛水汽输送和强烈的上升运动与不稳定大气为持续强降水发生发展提供了有利条件。卫星云图上强对流云团覆盖区与红河州强降水区相对应。     

中国沿海地区雨潮复合灾害联合分布及危险性研究

沿海地区极易受到极端降雨和高潮位引发的复合洪涝灾害影响。研究风暴增水和累积降雨同时发生的概率,设计雨潮联合分布函数,对提升沿海城市防洪除涝应对措施的有效性、减少城市复合洪涝灾害造成的损失具有重要意义。论文以1979—2014年中国沿海逐日最大风暴增水和邻近雨量站日累积降雨数据作为统计样本,采用Copula函数构建雨潮联合概率模型,并利用Kolmogorov-Smirnov检验、赤池信息准则、贝叶斯信息准则评价雨潮联合分布拟合优度,优选中国沿海雨潮联合概率分布函数模型。基于此模型,定量化设计中国沿海雨潮复合灾害情景。结果表明：在空间分布上,中国沿海雨潮复合灾害频次呈现明显的“两头多中间少”格局,其中,广东西部沿海、福建北部、浙江南部、山东及辽宁沿海频次相对较高;在50年一遇联合重现期下,北部湾、海南岛北部、浙江沿海、渤海湾部分沿海表现为极端降雨和较高的风暴增水,雨潮遭遇的复合灾害事件十分值得关注。研究结果在一定程度上揭示了中国沿海地区雨潮复合灾害的时空变化规律,并为复合灾害情景预测提供了定量化评估方案。     

中国次雨量特征及其区域分异

基于统计方法的降雨随机模拟已成为目前许多地表过程模型的重要组成部分,但多以日降雨模拟为主.为了进行次降雨随机模拟.必须揭示次降雨的统计特征.本文利用中国62个气象站1954-2001年5-9月逐日小时降水资料,整理出能够刻画次降雨特性的基本指标,分析了我国次降雨的基本特征,并利用卡方检验方法,验证了我国次雨量主要服从两参数Γ分布,个别未通过检验的站点主要是由于对次雨量极值模拟效果不好所致.进一步选择Γ分布两参数和90%、95%、99%次雨量百分位共5个指标.采用K均值动态聚类法将我国次降雨特征划分为5个类型区域,由东南向西北呈带状分布,各区次雨量的偏态性、非均匀性和分散度依次减弱.利用5个区Γ分布两参数的区域化参数值,可生成任一站点次雨量随机模拟序列,对于地表过程定量研究具有重要意义.     

Exploring the causes of an extreme flood event in Central New York,USA

This study examined the causes of an extreme flood event on 28 June 2013 in Central New York, USA by comparing its hydrological, hydrometeorological, and rainfall-runoff transformation characteristics with those of a typical flood event. Flood frequency analyses showed that the maximum rainfall intensity and the peak discharge of the extreme event had recurrence intervals (RIs) of 8 and 86 years, respectively, while RIs for the typical event were 42 and 11 years, respectively. Their severity diagrams and quantification of their rainfall spatial variations illustrated that the extreme event was spatially localized with high intensities, whereas the typical event was spatially uniform and prolonged. Watershed modeling indicated that the rainfall-runoff transformation was dominated by the infiltration excess process for the extreme flood, while controlled by both infiltration and saturation excess processes for the typical event. These analyses revealed that the upgrade-magnitude conversion pattern of the extreme flood event was induced by the spatial pattern of the rainfall and the “lubricant” effect of the watershed, and emphasized the need for better understanding of such type of extreme events.     

Regional inequality and polarization in the context of concurrent extreme weather and economic shocks

This study examines how extreme weather influences regional inequality and polarization within Mozambique in the context of on-going economic shocks. Utilizing satellite-based estimates of rainfall spatially analyzed within a GIS, we establish a 16-year rainfall climatology and calculate monthly rainfall anomalies for 665 villages. We approximate storm-total rainfall from all tropical cyclones entering the Mozambique Channel, as well as the extent of damaging winds for those making landfall, between 2005 and 2008. We group villages according to tropical cyclone impacts and use hierarchical cluster analysis to group the remaining villages according to shared patterns of monthly rainfall anomalies. Using economic data from the 2005 and 2008 National Agricultural Surveys of Mozambique, we relate weather patterns associated with near normal rainfall, tropical cyclones, flooding, and drought to changes in inequality and polarization by conducting decomposition analyses of the Gini index and Duclos-Esteban-Ray (DER) polarization index. Our findings mainly correspond to the generally accepted view that weather shocks exacerbate existing income and power disparities within societies. However, in some cases we find evidence that inequality and polarization can decline in the aftermath of an extreme event, and increase even where the weather is relatively good. By identifying varying effects of extreme events on inequality and polarization at subnational level, our study enables a more detailed understanding of weather-related effects on socio-economic outcomes in rural societies rapidly integrating into the global economy.     

我国沙尘暴发生日数的空间分布格局

根据全国近30 a的沙尘暴记录,运用分形分析得出,在不同的降水量区域,沙尘暴的发生规律明显不同。中国北方沙尘暴发生日数平均为4.4 d·a-1。年降水量≤305 mm的地区沙尘暴发生日数最多,平均为9.9 d·a-1,这是荒漠和半荒漠地区,主要是我国传统的畜牧区;305 mm<年降水量<570 mm的地区平均为4.0 d·a-1,这是草原区,主要是传统的农牧交错带。年降水量≥570 mm的地区为0.4 d·a-1,主要是我国的农耕区。305 mm<年降水量<570 mm的区域,沙尘暴发生的频率随降水的变化幅度最大,为4.1,年降水量≤305 mm地区,沙尘暴随降水的变化幅度最小,为0.3。分析认为,我国沙尘暴危害的防治需要构建牧区—农牧交错带—农区生态农业体系。     

中国暴雨区划初步研究

本文根据近三十年水文站和气象站实测和调查24h最大暴雨均值和极值,将中国暴雨进行了初步区划。分区原则是:综合考虑暴雨强度及其分布特点、发生季节、暴雨天气系统以及地理诸因素(包括地形、拔海高度和海陆性质)。首先采用天气气候学方法对全国暴雨进行初步划分;然后,根据全国气象站25年汛期(5—9月)雨量和年雨量资料,算出各区域面雨量指标,以某区面雨量指标为变量,分别对其周围各站雨量求相关,如果相关系数通过显著性水平α=0.05,即将该站划归为同一暴雨气候区,否则,划归另一气候区。 最后将全国分为十个暴雨气候区和四个副区,并简述了各区暴雨洪水成因及特征。     

用小时降雨资料估算降雨侵蚀力的方法

降雨侵蚀力是进行土壤流失量预报的基本因子,EI₃₀是迄今得到广泛应用的定量指标,但它的计算需要降雨过程资料,使其推广应用受到很大限制。用自动气象观测提供的高精度等间隔降雨资料,代替降雨过程资料,是估算降雨侵蚀力指标的首选。国际上对此已有研究,发现有很大的地区差异性。为此,本文在水蚀严重的中国东部季风区选择5个代表站点,共456次降雨过程资料,建立了用60 min等间隔雨量资料估算次降雨侵蚀力的计算方法。研究结果表明:直接用60 min等间隔资料计算的降雨侵蚀力指标值,与用降雨过程资料计算的结果相比,降雨动能E差异较小,主要差异体现在最大30 min雨强I₃₀上,由此导致降雨侵蚀力指标EI₃₀的差异也十分明显。利用自动气象观测小时雨量资料计算降雨侵蚀力指标值,通过公式(EI₃₀)_bp=1.730(EI₃₀)₆₀转换,可以较精确地估算全国降雨侵蚀力,与用日、月和年降雨量资料的估算值相比,能够提高土壤侵蚀预报精度。     

新疆夜雨和昼雨的空间分布和长期变化

用新疆98个气象站1960—2001年的昼夜降水量资料,分析了冷季（10月到翌年3月）和暖季（4—9月）昼夜降水频率和强度的差异和空间分布。结果表明：新疆暖季分别有两个频率≥55％的夜雨区和昼雨区。夜雨区分别位于西天山北坡和西昆仑山北坡;昼雨区位于阿尔泰山南坡和天山南坡等地。而到了冷季,暖季夜雨和昼雨的条状带相间的格局消失。除了海拔较高的西天山山区和海拔较低的塔里木盆地西部、吐善托盆地分别有小范围的夜雨区和昼雨区外,新疆其他地区的夜雨和昼雨的比例均在45％~55％之间,基本趋于平衡,夜雨和昼雨之差较暖季已明显减弱。对于暖季的大降水事件（一个夜间或白天降水>15 mm）,伊犁河谷、中东天山及天山北坡,昆仑山北坡60％以上发生在夜间,阿尔泰山和塔尔巴哈台南坡、天山东南部盆地地区60％以上发生在白天。另外,还对暖季夜雨区夏季降水的长期变化进行了分析,结果显示,这两个以夜间降水为主的区域,其夜间降水的增加率略大于白天,并不是很明显大于白天降水的增加率。     

土壤侵蚀研究中降雨过程随机模拟综述

土壤侵蚀是中国严峻的环境问题之一。土壤侵蚀模型是诊断和防治土壤侵蚀问题的有力工具。降雨随机模拟模型可以弥补观测资料在时空尺度上的不足,满足土壤侵蚀模型对降雨过程数据的需求。论文总结了降雨过程基本特征、随机模拟的研究进展以及未来的发展方向。主要结论有：① 最小降雨间歇(Minimum Inter-event Time, MIT)为分割次降雨的最小时间间隔,当干期小于该临界值,则合并为1次降雨;否则分割为2次独立的次降雨事件。采用指数方法计算得到中国中东部最小降雨间歇变化于7.6~16.6 h 之间,平均值为10.7 h;当MIT值较小时,次降雨过程参数如次雨量、历时、平均雨强与峰值雨强等对MIT的变化敏感。② 降雨的时程分配特征反映次降雨量在降雨过程中的分配,是降雨过程随机模拟的重要方面。采用Huff雨型分析方法得到中国降雨以峰值出现在前期的降雨为主,峰值出现在前1/2时段的降雨占65.1%;峰值出现在前期的降雨事件,与峰值出现在后期的降雨事件相比,历时较短、雨强较大。③ 美国农业部水蚀预报项目WEPP中自带的天气随机模型CLIGEN能较好地模拟日雨量,整体上低估次降雨历时,高估峰值雨强;且对于不同大小的日雨量等级,次降雨历时和峰值雨强的偏差方向和程度不一致。④ CLIGEN的参数输入需要降雨过程观测资料,难以获取,小时降雨观测资料相对更易获取,基于此,发展了使用小时降雨数据计算CLIGEN中2个与降雨过程相关的参数TimePk和MX.5P的方法。未来需加强随机模型对极值的模拟能力,以及建立多站点、多气象要素相关的天气条件约束型随机模型。     

Relations between interrill erosion processes and sediment particle size distribution in a semiarid Mediterranean area of SE of Spain

Erosion and sediment characteristics were measured using simulated rainfall on two cultivated soils of contrasting lithology (Quaternary calcareous colluvium and Tertiary marls) in a semiarid Mediterranean area of SE Spain. Two rainfall intensities, high (56.0±2.4 mm h⁻¹) and medium (31.4±1.4 mm h⁻¹), were used in order to know the mechanisms involved in each selected condition. For each simulated event, runoff and sediment were sampled at 1-min intervals on a 1-m wide by 2-m long erosion plot. The erosion rate was calculated as the total amount of soil lost divided by the time period of the test. The duration of the test was that needed to reach steady state runoff, an average time of 24.5 min for Quaternary calcareous colluvium and 17.7 min for Tertiary marls. The size distribution of the transported sediment in the field (effective size distribution) was compared with equivalent measurements of the same samples after chemical and mechanical dispersion (ultimate size distribution) to investigate the detachment and transport mechanisms involved in sediment mobilisation. The results showed that the soil type determined the hydrological response, regardless of the rainfall intensity. The erosional response was, however, determined by the rainfall and soil surface characteristics.In Quaternary calcareous colluvial soils, the predominant erosion process depended on the rainfall intensity, with a prevailing detachment-limited condition in high-intensity events and prevailing transport-limited conditions in those events of medium intensity. These differences in the main erosion processes were reflected in the size of the transported material and in the change in sediment size within the storm. Thus, a time-dependent size distribution of the eroded material (decreasing coarse fractions and increasing fine fractions with runoff time) was observed for high-intensity events. In medium-intensity events, on the other hand, the time-independent size distribution of the eroded material indicated transport-limited erosion.Due to the rapid surface crusting on the Tertiary marl soil, no differences in the main erosion processes or in the sediment size distribution occurred for the different rainfall intensities tested. The erosion of marl soils was determined mainly by the limited quantity of available sediment.The effective size of material was a more sensitive parameter than the ultimate size of the sediment to study the way in which the sediment was transported.     

甘肃北部短时强降水中尺度特征及物理量配置

利用甘肃北部27个国家级自动气象站及635个区域气象站降水资料,结合常规高空、地面和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）再分析物理量场资料,选取了2016—2019年5—9月104个典型短时强降水个例,对甘肃北部短时强降水天气发生发展的环境条件进行了中尺度综合分析,揭示了区域内短时强降水的一些特征和规律。结果表明：（1） 甘肃北部短时强降水集中出现在6—8月,短时强降水的强度多为10~20 mm。（2） 甘肃北部短时强降水天气的典型特征,分为副高边缘型、低压槽型、西北气流型和河套阻高型4种流型。（3） 通过分析不同天气形势、不同类别、不同物理量参数间的联系与区别,总结出各类短时强降水天气的环流特征和物理量要素指标和阈值。（4） 地面辐合线（冷锋）是甘肃北部触发强对流天气的关键系统,地面辐合线（冷锋）的分析对短时临近预报至关重要。（5） 低空偏南风急流（显著流线）在110°E左右北上及在37°N左右产生辐合是判断甘肃北部能否产生短时强降水的重要依据。并对2020年短时强降水预报效果进行检验,预报准确率达63.6%,说明建立的短时强降水预报指标预报能力较强,为提高短时强降水预报预警能力提供了一种新途径。     

塔里木盆地沙尘气溶胶对短波辐射的影响——以塔中为例

利用2006年8—9月塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站的80 m铁塔上,距地1.5 m的KIPP & ZONEN自动辐射仪获取的监测资料,根据沙尘暴资料中PM10的小时浓度变化,参照TSP的变化趋势和塔中地面气象站的能见度和风速,将天气划分为晴空、浮尘和扬沙、沙尘暴三种类型,并分别选取其代表性天气,分析以塔中为代表的沙漠腹地,沙尘气溶胶浓度的变化对短波辐射的影响。结果表明：沙尘气溶胶减弱到达地面的总的太阳辐射,在大气总的透过率上表现为晴空是沙尘暴的2.04倍;直接辐射表现在大气透明系数的变化与沙尘暴、浮尘PM10呈显著负相关,相关系数分别为-0.714,-0.771;沙尘气溶胶改变散射辐射波形,由遁形平顶型改为倒“V”型,增加散射日总量,沙尘暴是晴空的1.68倍,浮尘是晴空的2.12倍。     

基于多重现期的京津冀小时极端降雨特征分析及致灾因子危险性评估

为了探究京津冀小时极端降雨特征,本文基于地区线性矩法计算多种重现期下的小时极端降雨值,并分析小时极端降雨的特征与变化趋势,同时探究小时极端降雨致灾因子危险性并得到以下结果。① 研究得到适合计算京津冀小时极端降雨频率估计值的分布线型及不同重现期的频率估计值;② 京津冀大于50年一遇的小时极端降雨的强度虽高（>70 mm/h）但其出现的次数（1~2次）相对较少,且多数站点的频次与强度无显著变化趋势;③ 小时极端降雨致灾因子危险性较高的区域位于北京、保定、廊坊交界地带及唐山、衡水、邢台部分地区。本研究在考虑空间差异的基础上探究小时极端降雨并分析其特征和致灾因子危险性,对于京津冀极端降雨灾害的管理与风险规避有一定的意义。     

Differences in hillslope runoff and sediment transport rates within two semi-arid catchments in southeast Spain

This paper focuses on hillslope runoff and sediment transport within two catchments in southeast Spain. Five monitoring sites were established on hillslope concavities throughout the two catchments. The techniques used were mini-crest stage recorders, spray-painted lines, sediment traps and tipping bucket rain gauges (established during previous research). Results show that a storm event in the Rambla Nogalte on 30 June 2002 of 83.0 mm was responsible for a maximum runoff depth of 12 cm and a maximum hillslope sediment transport of 1886 cm³ m⁻¹. The same storm in the Rambla de Torrealvilla produced 53.4 mm of rainfall on the 1 July 2002, had a maximum runoff depth of 26 cm and resulted in 2311 cm³ m⁻¹ of sediment transport. There is evidence to suggest that measured sediment transport is related to runoff and a qualitative estimate of Morphological Runoff Zones (MRZ). Sediment transport and depth of runoff varied dramatically with lithology; marl sites produced most runoff and sediment transport, followed by the sites of mixed red and blue schist, then blue schist. These results are important for understanding the behaviour of slopes and show that for short lived storms with high, but not rare, rainfall intensities and total rainfall amounts, runoff can cause significant hillslope sediment transport in semi-arid areas.     

台湾“莫拉克”台风诱发山地灾害成因与启示

2009-07"莫拉克"台风在台湾岛内滞留大于40 h,受中央山脉地形以及西南季风的影响,形成"北部风强,南部雨大"的局面.本次降雨为台湾历年之冠,24 h降雨量1 825 mm,48 h雨量2 467 mm,逼近世界降雨极值.全台湾计有31个雨量站过程降雨量超过1 000 mm,23个雨量站超过1 500 mm, 15个雨量站超过2 000 mm,南部部分区域甚至出现6-10日累积降雨量超过其年降雨量情形.最大总雨量位于阿里山,2009-08-06-10累计雨量达2 884 mm.长时间持续强降雨,造成了大量的泥石流、堰塞湖、崩塌、滑坡、山洪等山地灾害.大量的崩塌、滑坡阻塞河道,形成了16处堰塞湖.这些灾害淤埋村镇,毁坏道路、桥梁、堤防、建筑、输电和通讯设施.由于道路交通受损,电力、通讯信号中断,使得许多村庄与外部隔绝,成为孤岛,救援设施与救援物资无法到达灾区,延缓救援进度.受灾较重的乡镇有高雄县甲仙乡、桃源乡、六龟乡、那玛夏乡、杉林乡,南投县鹿谷乡、信义乡、国姓乡,嘉义县阿里山乡、梅山乡、中埔乡,屏东县高树乡、三地门乡、春日乡,台南县南化乡,台东县金峰乡等.截至2009-08,造成全台共619人死亡、肢体74件、76人失踪,其中小林村和新开部落被完全毁灭.台风暴雨、陡峻地形和丰富的松散固体物质等自然因素决定了山地灾害形成的基本因素,高强度长历时的暴雨是直接激发因素,坡地过度开发、道路建设、河道不合理利用等人为因素则加剧了灾情.莫拉克台风暴雨灾害对人们的启示是合理确定开发度,科学利用土地资源; 确保山区溪流行洪空间,把防洪需求作为河谷地开发的限制条件; 注意环境保育,尽量减少工程建设对斜坡的扰动; 提高山地灾害预警标准,建立巨灾监测预警机制;进行灾害风险分析与管理,开展有机结合资源利用与减灾防灾的流域理性开发.     

近50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化

利用1960-2009 年的日降水量资料,采用线性趋势、5 年趋势滑动、IDW 空间插值、Morlet 小波分析、Mann-Kendall 突变检验等方法,对祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度的时空变化特征进行了研究。结果表明:不同等级降水日数和降水强度的多年平均在空间上既表现出东西分异,也表现出南北分异;不同等级降水日数的年际变化在绝大部分区域呈增多趋势,且自东向西增幅减小,大雨强度的年际变化在绝大部分区域呈增大趋势,其它等级降水强度为部分区域呈增大趋势,部分区域呈减小趋势;小雨、中雨日数的年际变化呈显著增多趋势,大雨日数呈明显增多趋势,暴雨日数呈不明显增多趋势,小雨、大雨强度的年际变化呈不明显减小趋势,中雨、暴雨强度呈不明显增大趋势;不同等级降水日数变化的周期集中在2a、5a、8a、11a、19a,不同等级降水强度变化的周期集中在2a、5a、11a、15a、25a;除小雨强度突变减小外,其它等级降水日数均突变增多,降水强度均突变增大,降水量的增加主要是降水日数的增多造成的,其中小雨、中雨日数的增多贡献最大。     

民勤春季强降水过程的气候特征及其成因

干旱区春季强降水对安排春耕播种生产、缓解风沙危害和春旱、净化空气质量、改善生态环境和促进农作物生长具有十分重要的意义。以1953-2015年民勤春季3-5月降水为背景,针对2001-2015年春季日降水量≥5 mm强降水天气过程,综合运用地面、高空和云图等气象资料,以及NCEP再分析资料,通过12个春季典型干湿年对比分析,得出春季强降水过程的气候特征和成因。1953-2015年民勤春季强降水日数和降水量呈增加趋势,过程特点是降水时间长,集中在上午,多为连续降水。新疆至河西冷空气东移南下,与青藏高原低值系统、深厚湿层共同影响,生成高原云系发展北抬造成民勤春季强降水。春季强降水的发生,与欧亚纬向气流、高原低槽和东亚大槽的强度密切相关。预报关注重点是西北冷空气、高原天气系统和云系、偏南气流水汽输送。     

中国短历时和长历时暴雨对总暴雨贡献的空间差异性研究（1961-2015）

采用1961-2015年659站日值降水数据,以持续1d和持续2d及以上暴雨作为短和长历时暴雨标准,分析不同历时暴雨变化趋势,结果表明,中国总降雨、总暴雨和短历时暴雨从东南沿海向西北内陆依次呈“增-减-增”的分布特征,且整体以增加趋势的站点占主导,而长历时暴雨则呈现出“增-减”的分布特征,且整体以减少趋势的站点占主导,并且检测出中国自东北向西南存在一条变干带。同时中国总暴雨对总降雨、长历时暴雨对总暴雨的贡献呈现出“东南高-西北低”的分布特征,而短历时暴雨对总暴雨的贡献呈现出“东南低-西北高”的分布特征。中国总暴雨对总降雨、短历时暴雨对总暴雨贡献的变化趋势呈现出“增-增减镶嵌-增”的分布特征,且以增加趋势的站点占主导,而长历时暴雨在东部沿海地区呈现出增减镶嵌的趋势,而西北内陆地区呈略微减少趋势,且以减少趋势的站点占主导,也检测出自东北向西南存在一条气候过渡带并与上述变干带基本重合。