全球气象预报驱动流域水文预报研究进展与展望

全球气象模型及新兴人工智能模型为流域水文预报提供了日、次季节、季节等不同时间尺度的海量气象预报数据。与此同时,基于气象预报开展水文预报,涉及到数据获取、模型构建、评估检验等技术问题。本文以全球气象预报相关的研究计划为切入点,调研现有的1 d至2周小时尺度中短期天气预报、1～60 d次季节尺度气象预报、1～12个月季节尺度气象预报以及新兴的人工智能气象预报;梳理气象预报驱动下流域水文预报模型方法,阐述气象预报订正、水文模型设置和预报评估检验等技术环节。基于全球气象预报生成实时和回顾性流域水文预报,定量检验不同预见期下预报精度以评估相关模型方法的预报性能,为水利工程预报-调度实践应用打下坚实的基础。     

地质灾害预报预警水平的评价

预报预警是防灾减灾的重要手段。目前,我国及各省(直辖市)、自治区广泛开展了地质灾害-气象预报预警工作。因此,对其水平进行科学评价已成为一个重要的研究课题。论文在前人研究的基础上,分析我国地质灾害预报预警现状及对预报预警水平评价时存在的问题,用预报预警成功率衡量预报预警水平,并建立系统的地质灾害预报预警水平评价体系;从地质灾害预报预警需解决的基本问题出发,在充分考虑地质灾害发生“时、空、强”3要素的预报预警范围对预报预警成功率的影响后,相继建立了地质灾害“时、空、强”预报预警成功率、某次灾害预报预警成功率及某时段内地质灾害预报预警成功率模型;在该模型基础上,分别建立某次及某时段内地质灾害预报预警水平整体评价模型。论文提出的评价体系及评价模型符合我国目前地质灾害预报预警现状,为地质灾害预报预警水平评价提供了一条思路。     

统计相关条件下降水及洪水预报误差相关分析

以三峡水库上游寸滩至万县区间降水预报误差和入库洪水预报误差相应数据为例,在探讨两者统计相关性的基础上,采用Frank、Gumbel、Clayton三种二元Copula连接函数分析了两预报误差的相关结构,以离差平方和最小为准则进行了Copula函数的选择,并与两预报误差独立情况下联合频率分布进行比较和分析。研究结果表明,降水预报误差和洪水预报误差的相关性对其二元联合分布有一定影响,同时,在两预报误差负相关条件下,其联合分布可做简化处理。本文研究结果可为水库预报调度风险管理提供决策参考。     

基于深度学习的雷达降雨临近预报及洪水预报

为探究深度学习的雷达降雨临近预报在流域洪水预报中的适用性,采用U-Net、嵌入注意力门的Attention-Unet和添加转换器的多级注意力TransAtt-Unet开展雷达降雨临近预报,将预报降雨作为HEC-HMS水文模型的输入,对柳林实验流域进行洪水预报。结果表明：1 h预见期时,Attention-Unet对短时强降雨预报结果较好,TransAtt-Unet预报降雨模拟的洪峰流量和径流量相对误差小于20%,各深度学习模型对量级较大的降雨和洪水预报精度较高;2 h预见期的预报降雨强度、降雨总量、洪峰流量和径流量存在显著低估,U-Net能取得相对较好的降雨预报结果。基于深度学习的1 h预见期雷达降雨临近预报及洪水预报可为流域防洪减灾提供科学依据。     

基于分布式水文模型的中小河流洪水预报技术

中小河流大多位于资料短缺的山丘区,洪水具有突发性强、汇流时间快、预见期短以及分布广的特点。中小河流洪水预报首要目的和任务是预警预报,预报方式应以自动预报为主,以实现及时预警,最大程度地避免人员伤亡,减轻灾害损失。本文分析了中小河流洪水预报的特点与难点,提出了中小河流洪水预报的思路及实用预报模型与方法,开展了基于分布式水文模型的中小河流洪水预报技术在新安江上游屯溪流域预警预报中的应用研究,以期为当前所开展的全国中小河流洪水预警预报系统建设提供参考。研究表明:分布式水文模型是资料短缺地区中小河流洪水预报的有效方法,基于分布式水文模型的洪水预报技术能够满足中小河流洪水自动预警预报的生产需要。     

基于GIS的滑坡综合预测预报信息系统

由于滑坡的复杂性、随机性和不确定性,加之目前的滑坡灾害预测预报理论研究还存在局限性,大大增加了滑坡预报的难度。本文针对目前滑坡预测预报研究中的不足,提出了滑坡综合预测预报信息系统,并对该系统的结构、功能和内容等进行了详尽地设计和开发。滑坡综合预测预报信息系统以G IS为平台,利用智能决策支持系统的理论和方法将以监测资料为依据的滑坡定量预报与以专家经验知识为依据的滑坡定性预报有机结合起来,做到了各取所长,优势互补,实现了滑坡的综合预测预报,提高了滑坡的预报水平。运用该系统不仅可以判断滑坡体的变形破坏机制、目前的稳定性状况和破坏概率,而且可以对滑坡体的变形演化阶段以及滑动时间作出预测预报,从而给滑坡现场工程师的综合判断和决策提供了重要的参考和有关科学依据的实用化工具。     

中国水文预报技术发展的回顾与思考

回顾了中国水文预报技术的发展历程,阐述了中国水文预报技术从经验相关法、流域水文模型,到预报系统发展的整个过程。较详细地介绍了中国常用的水文预报方法、模型和预报系统,及其各自特点和应用条件等,客观评价了中国水文预报技术的水平,深入分析了高强度人类活动引起的下垫面变化和以全球变暖为主要特征的气候变化对流域产流和汇流机制的影响,分析了变化环境下水文预报面临的问题和挑战。展望了中国水文预报技术的发展方向,指出了中国未来水文预报技术的研究重点。     

复杂洪水预报系统的集成技术研究

以广西南盘江天生桥一级电站施工洪水预报系统为例,讨论了以水情数据库、洪水预报模型、数据库管理系统和模型管理器为基础构建集成化复杂洪水预报系统的若干技术问题,提出了用邻接矩阵来形式化和规范化预报系统水情数据与预报模型之间复杂关系的一般方法.     

不同时间尺度的中长期水文预报研究

为研究中长期水文预报时间尺度对预报精度的影响,选取最近邻抽样回归模型与基于小波分析的组合模型对长江干流典型断面不同时间尺度的径流序列进行中长期径流预报。将1980~2012年的逐日径流资料经过时间聚集方法转换成三天、周、旬、半月、月、双月、季、半年、九月、年等10个不同时间尺度,对高场、寸滩、宜昌、螺山、汉口、大通6个典型断面的径流进行拟合和预报。结果表明:随着预报时间尺度增加,预报精度呈现先降低后提高的趋势,其中,在月时间尺度上预报效果最差,三天和年尺度上预报效果相对较好。     

桓仁流域汛期旬径流预报方法研究

以桓仁流域为例,分析了我国北方流域汛期各旬不同的来水特点,对以往采用不变预报因子的旬径流预报方法进行了改进。汛期各旬挑选变预报因子,结合多元线性回归方法构建旬径流预报模型。计算结果表明,基于变预报因子的旬径流预报模型,更能反映流域旬径流变化规律,且比不变预报因子的预报精度高,预报效果更理想。     

南靖县实验小学防震演练小结

这是一次有多方参与的切合实际、以人为本 ,简单实用、易于操作的防震演练。广大师生在演练过程中 ,主动接受防震知识 ,回家后又对家长“言传身教” ,加上县有线电视对演练过程进行全面报导 ,大大扩大了地震宣传范围 ,并为今后进一步开展地震应急工作积累了经验。     

强震前地磁秒数据异常及其短临预测意义

通过分析6个强震震中附近地磁Z分量秒数据的处理结果显示: 一些强震在震前反复出现较强的地磁异常现象.此现象在震前百余天至四十余天和临震前出现; 地磁场的特大异常持续天数随震级的增大而增大, 其异常天数与总体天数的比值随着震级的增大而增大.该特性对于短临地震预报预警及防震减灾具有一定意义.      

汶川地震断裂作用研究新认识

2008年汶川地震后,人们不得不思考问题是:大地震是如何发生的?下一次大地震什么时候发生?也就是涉及地质学家和地球物理学家一直未解决的科学问题:断层是如何破裂的?震后断裂是如何愈合的?我们试图通过对汶川地震断裂带结构、断裂摩擦行为和断裂愈合过程的研究来回答这些问题。本文将介绍通过对地表露头和汶川地震断裂科学钻探一号孔(WFSD)岩心中汶川地震主滑移带的详细研究,以及钻孔中长期温度监测来分析有关汶川地震断裂动态弱化和摩擦行为,并结合钻孔中长期水文监测计算所得断裂带渗透率变化,分析震后断裂愈合过程,进而探讨和认识汶川地震断裂作用所涉及的上述问题。经过详细研究,确定了汶川地震断裂带(映秀—北川断裂带)宽105~240 m、具有五个不同断裂岩组合的内部结构,是一条经常发生大地震、具多种弱化机制的断裂带;发现了汶川地震不仅具有同震石墨化作用,而且测量到目前世界上最低的动态摩擦系数(≤0.02),同时首次记录到大地震后断裂快速愈合信息。这些研究结果不仅直接回答了一直困扰在地震地质和地震物理学领域几十年的关键问题,而且对完善地震断裂理论和认识汶川地震机制具有极其重要的意义,为防震减灾提供了理论依据。     

New Research Results on Mechanism, Surface Rupture, Deep Controlling Factors and Stress Measurements of the Wenchuan Earthquake-Earth Scientists' Post-quake Actions

It has been a year since the devastating Wenchuan earthquake struck Sichuan Province, China on May 12, 2008, which caused tremendous casualties, geological disasters and economic losses. With a deep feeling of grief at the sight of the shattered world in quake-stricken areas, geologists and geophysicists once again profoundly felt their heavy responsibilities for geo-hazard prevention and reduction, and resolved to make their due contributions--what we, as scientists, could do for the quake relief efforts and post-quake reconstruction and what scientific explanations we could offer to the public for the occurrence of the devastating natural disaster.     

Earthquake triggered landslide–Indian scenario

Landslide initiation due to earthquake is one of the most prevalent seismic hazard, which claims hundreds of lives in the Himalayan mountainous terrains of India. Number of landslides, maximum distance from the epicentre and total landslide area/volume are correlatable with earthquake magnitudes. Application of globally accepted earthquake triggered landslide parameter models do not match well with published data for the Himalayan earthquake triggered landslides. Considering the incompleteness of landslide inventories for most of the Himalayan earthquakes, development of regression equations show that in the Himalayan environment, landslide may trigger even with imperciptable earthquakes affecting longer distances having earthquake magnitude of more than 8 M with potential to affect more areas than the global expectations.     

Detection of large,Holocene earthquakes using diatom analysis of coastal sedimentary sequences,Wellington, New Zealand

Paleoenvironmental reconstructions of three coastal waterbodies in Wellington, New Zealand, reveal that sites were isolated from the sea within the last 7500 years through coseismic uplift and barrier growth. Evidence for coseismic uplift consists of distinct transitions in diatom assemblages representing large changes in relative sea-level or water-table level, commonly in association with sedimentological evidence for catchment disturbance or marine influx. Transitions are abrupt, laterally extensive and synchronous within each waterbody. Amount of change across transition horizons is assessed using quantitative estimates of paleosalinity and waterbody type as proxies for relative sea-level change. Seven transitions involve large paleoenvironmental changes and provide evidence for earthquakes occurring at approximately 5100, 3200 (recorded at two sites), 2300 (recorded at two sites), 1000 cal years BP and 1855 AD. Five other transitions involve smaller paleoenvironmental changes and are considered to be consistent with effects of earthquakes but do not provide independent evidence for earthquake occurrence. These smaller transitions occur at approximately 6800, 3600, 2200, 1000 (coincident with a large transition) and 500 cal years BP. The data refine ages and provide information about the extent and effects of past large earthquakes in the region. These are the first paleoecologically derived earthquake signatures for Wellington and they contribute to the sparse collection worldwide of off-fault sedimentary earthquake records for predominantly strike-slip faults.     

基于结构面抗剪强度演化的块体动力稳定性分析

传统块体理论仅针对块体的静力稳定性分析,而未涉及到动力稳定分析。因此,借用Newmark法累积滑移量的概念,基于块体理论对定位块体在地震历时作用下的动力稳定性进行了研究,提出了以块体累积滑动位移和动安全系数两个指标共同评价块体动力稳定性。提出一种接触面识别及面积计算算法,它考虑了接触面积变化对块体稳定的不利影响,也可用于块体滑动的大变形分析,考虑了块体滑动过程中结构面抗剪强度的演化,可对复杂的凸形块体及凹形块体进行静、动力稳定性分析。将其应用于三峡升船机乘船箱左侧边坡的块体稳定分析中,结果显示块体在强震作用下发生了一段距离的滑动,但震后仍可保持稳定     

芦山地震的红外增温异常分析

地震三要素的短临预测对抗震减灾意义重大,但实现的难度很大,仍是个世界难题。笔者应用卫星红外异常增温时空演变规律对2013年4月20日芦山地震作了研究,并在2013年4月21日全国天灾预测委员会学术研讨会上作出了分析。文中简要剖析了芦山地震的构造背景和成因机理。芦山地震是我国西部地震构造区新发生的MS 7.0级大地震,其成因同汶川地震相似,主要受到印度板块NE向对青藏地块推挤,南北压缩挤出断块向SEE滑动,受到四川盆地以西龙门山断裂带强烈阻挡,积能释放后发震。文中重点介绍了红外增温时空演变规律进行短临地震预测的过程。震前红外增温异常的动态变化是地震构造活动的反应,时间上一般经历初始增温-加强增温-高峰增温-衰减到发震的4个阶段。     

贵州数字地震台网地震监测能力分析

贵州已经建立并运行14个数字地震监测台站。根据地震仪器的性能对贵州数字遥测地震台网的监测能力采用震级排序法进行理论计算,并利用2008年全年和2009年上半年的实测地震资料进行了检验。结论为贵州大部分地区能够监测≥ML2．1级地震,中部和东部部分地区≥ML1．9级地震,西部≥ML2．3级地震,北部地区监测能力较弱。     

Macroseismic Surveys in Theory and Practice

Macroseismology is the part of seismology that collects and evaluates non-instrumental data on earthquakes, i.e., effects on people, objects, buildings and nature. The methods that seismologists use for collecting and evaluating the macroseismic data are often based on long (trial-and-error) experience more than on some formal procedure. Until very recently manuals or guidelines on how to do a macroseismic survey were rare and often superficial. After an earthquake is felt in some region, the data are usually collected by means of questionnaires. Field survey is an obligatory tool that complements the questionnaires in the case of a damaging earthquake. An overview of the approaches to deriving the earthquake parameters (epicentre and barycentre, epicentral intensity, magnitude, depth, source parametres) from macroseismic data, as well as a review of some existing practices is given.