基于暴雨内涝模型的天津市西青区中小河流暴雨洪涝灾害评估

利用ARCGIS对天津市西青区的高精度地理信息数据、排水设施和排水方式进行预处理,以西青区下垫面和明渠河道的水流运动为模拟对象,建立天津市西青区中小河流暴雨洪涝仿真模型。以区内14条二级河道的水位变化作为模型的动态侧边界条件,针对2016年7月20日的大暴雨过程,设计了4个模拟方案,对河道高水位及暴雨造成的洪涝淹没过程进行评估,并将模拟结果与实际调查内涝灾情进行对比,结果表明,模型可以较客观地反映暴雨和河道水位变化对城镇造成的内涝灾害情况。     

天津市短时暴雨雨型时空分异及其对城市内涝的影响

利用天津市1961—2018年分钟级降水数据,统计了天津地区短时暴雨过程,结合模糊识别法对暴雨过程进行分类,分析了暴雨雨型的时空分布特征,基于天津城市暴雨内涝数值模型,评估了不同雨型对内涝积水总量的影响.结果表明:近58 a天津地区短时暴雨雨型以单峰型(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)为主,其中各年代60 min暴雨雨型以Ⅰ型、Ⅲ型...     

《城市暴雨内涝仿真模拟技术及其应用》

正陈靖主编该书从城市暴雨内涝数值模拟、预报、预警等实际需求入手,介绍了暴雨内涝的形成、暴雨内涝仿真模拟的研究现状与进展、暴雨内涝仿真模型的基本理论、方法和应用实例。在此基础上,介绍了基于城市暴雨内涝仿真模型的内涝灾害风险评估,以及城市暴雨内涝预报预警业务系统的应用。该书可供从事水文、气象、工程技术、应急管理等专业人员开展城市暴雨内涝防灾减灾工作参考使用,亦可作为城市暴雨内涝仿真模拟的实例,为城市规划、市政建设、应急指挥、防灾减灾等工作提供科学的参考依据。     

基于SWMM模拟上海市区排水及地面淹水过程

利用基于GIS的二维水动力暴雨淹没模型,在考虑排水管网抽排的基础上,模拟了武汉城区短历时6个重现期暴雨内涝过程,基于MapGIS绘制了重现期暴雨内涝图,分析了内涝特征,并用近年实际暴雨内涝点对模拟内涝区进行了验证,结果表明模拟效果较好。在此基础上,对业务中常用短时预报暴雨量进行了内涝模拟。结果可用于武汉城区暴雨内涝高风险区(点)预警、内涝灾害评估及防治。技术方法可推广到其他城市应用。

     

柳州市积涝过程模拟及灾害风险评估

利用柳州市暴雨积涝灾害仿真模型,对不同类型降水过程造成的积涝灾害进行了数值模拟,并对柳州市积涝灾害风险进行了初步的量化评估。结果表明:大暴雨以下降水,积涝灾害风险以Ⅰ级和Ⅱ级为主,降水量级达大暴雨以上时,出现Ⅲ级的积涝灾害达25%以上,当降水量R>150mm时,Ⅲ级达37%。积水深度实测值与模拟值绝对误差主要分布在20cm以内,大暴雨以下降水,误差值主要分布在10cm以内,随着降水强度增加,绝对误差值也随之增大。每年第一场暴雨造成的积涝灾害往往比模拟结果严重,而久晴转暴雨过程则相反。此模型对拓展城市灾害预报服务领域,开展城市暴雨积涝灾害风险量化评估具有一定的参考作用。     

湖州城市暴雨内涝预警预报系统研制

在引进暴雨内涝仿真模型基础上,基于GIS,集合湖州市城市地理、河道地形、工程设施、气象监测、防洪调度等基础空间信息,构建了完整的湖州市暴雨内涝数学模型,以城区气象自动站资料、数值预报产品、雷达估测降水、主观降水预报等作为实况和预报用降雨边界条件,建立了湖州城市暴雨内涝预警预报系统。并运用该系统对发生在1999年6月24日—7月1日的连续暴雨造成严重城市内涝过程,以5种内河水位为初始水位条件,进行了历史反演,反演结果与历史描述基本相符,最大积水深度和位置基本一致,积水面积偏小。反演结果显示:本系统具备一定的暴雨内涝动态监测预报能力,对拓展城市灾害预报服务领域,提高城市暴雨内涝灾害监测、预报、灾害风险评估水平具有一定的参考作用。     

柳州市暴雨渍涝气象预警系统

介绍柳州市暴雨渍涝气象预警系统的技术路线及原理，该系统利用城市暴雨内涝灾害仿真模型，并结合了柳州市的地理特征、城市规划、排水系统、防洪工程等多方面的非气象资料，具备一定的暴雨渍涝动态监测预报能力，对拓展城市灾害预报服务领域，提高城市暴雨渍涝灾害监测、预报、灾害风险评估水平具有一定的参考作用。     

基于暴雨内涝模型的莆田沿海地区风暴潮灾害评估

利用ArcGIS对莆田沿海地区的地形、下垫面属性和排水设施及排水运作方式进行预处理,建立台风降水、风暴潮共同影响下的莆田沿海地区内涝模型。应用雷达估算降水及自动雨量站数据计算的热带气旋"南玛都"过程面雨量,以及此次暴雨过程沿岸海区和河口的时变水位作为模型的边界条件,对莆田地区风暴潮灾害风险进行评估试验。针对2011年9月1日热带气旋"南玛都"造成的莆田沿海地区风暴潮及暴雨灾害,利用暴雨内涝模型进行评估试验研究,将模拟结果与实况灾情进行对比,结果表明模型能够较客观地反映"南玛都"过程降水和风暴潮共同作用的灾害情况。     

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。     

柳州市暴雨渍涝气象预警系统

介绍柳州市暴雨渍涝气象预警系统的技术路线及原理,该系统利用城市暴雨内涝灾害仿真模型,并结合了柳州市的地理特征、城市规划、排水系统、防洪工程等多方面的非气象资料,具备一定的暴雨渍涝动态监测预报能力,对拓展城市灾害预报服务领域,提高城市暴雨渍涝灾害监测、预报、灾害风险评估水平具有一定的参考作用。     

城市雨水径流计算模型

以福州市城区地表和明渠河道为主要模拟对象,结合福州市城区高精度地理信息、排水设施、排水运作方式等数据,建立福州城市暴雨内涝数学模型。利用该模型对福州市历史上3次典型降雨过程以及不同重现期降雨造成的城区内涝灾害进行模拟。对模型的模拟结果与实况积水进行评估表明,3次降雨过程的模拟与实况积水深度绝对误差小于10 cm的积水点分别占比为50%、78%、76%。模型对雨强较大的短时强降雨过程,模拟效果稍差,模拟积水比实况积水整体偏小;对长时间、雨强比较平均的降雨,整体模拟效果较好。利用模型对不同重现期降雨下福州市城区内涝灾害风险进行评估表明,模型能够客观反映不同重现期降雨过程下福州市城区内涝灾害风险分布。

     

对流性降水云微波辐射特性

结合MM5模式和三维微波辐射传输模式, 对2003年7月9日宜昌地区一次典型的中尺度降水中心的对流性降水云微波辐射特性进行研究。结果表明:MM5模式模拟的降水量和落区与实况一致,模拟的水凝物廓线也与TMI反演值接近,85.5 GHz通道辐射亮温与TMI实测情况相近。85.5 GHz通道亮温与地面雨强相关性很弱, 受云中云冰和雪花的散射降温作用显著, 由于其他粒子的综合作用以及斜角观测造成的位置偏移, 霰粒子对该通道亮温散射作用不明显。19.35 GHz通道亮温随雨强增加先升温后降温; 与霰粒子含量表现出明显的负相关关系。37.0 GHz通道亮温随雨强的增加而降温, 雨强大于20 mm/h后达到饱和, 主要受雨水降温作用影响。倾斜观测比天顶垂直观测产生更低的亮温低值中心, 且频率越高, 低值中心的偏移越严重。     

基于回归模型的青藏铁路水害气象风险评估

应用逻辑回归和逐步回归方法对青藏铁路青海段由降水引发铁路水害气象风险评估进行研究,以青藏铁路公司提供的铁路沿线水害统计资料为依据,选取2000—2014年青藏铁路沿线青海境内14个气象站点和28个加密气象站降水资料,开展降水引发的水害气象风险评估,结果表明:青藏铁路水害的发生不仅与降水量级有关,还与降水的性质和持续时间有关,铁路水害主要集中在7—8月,高发路段是乐都-平安、湟源-海晏段。导致青藏铁路沿线水害的主要降水类型为区域性强降水和连阴雨。考虑到降水持续时间对水害的影响,通过计算得出的铁路水害诱发指数和水害有效降水因子,且距水害发生时间愈近,日降水量对水害发生的作用就愈大。采用逻辑回归模型判断青藏铁路青海境内各区段水害的发生有无,其预测模型总判对率均超过86.2%,其次运用逐步回归评估模型计算出水害预报等级,经检验对最高级别1级的预报准确率达88.9%。可见,逻辑回归模型和逐步回归评估模型在青藏铁路青海境内铁路水害预报和评估工作中具有较高的预报准确率。     

超强台风“威马逊”(2014)云微物理特征的模拟与对比分析

采用中尺度数值模式WRFv3.5对2014年超强台风“威马逊”进行数值模拟。利用雷达、卫星、自动站逐时降水资料,对比单参数WSM6云方案和双参数WDM6云方案在模拟台风路径、强度、降水分布及水成物含量上的差异,分析雨滴粒子的谱型特征及微物理源、汇项对云中雨水含量的影响。与上海台风研究所的最佳路径数据对比显示,两方案均较好地模拟出了台风“威马逊”的移动路径,WDM6方案的整体路径误差更小;模拟的强度差异则较为显著,WDM6方案的海平面最低气压值偏高,强度偏弱。两方案模拟的累积降雨分布虽与自动站实测资料基本一致,但WDM6方案模拟的强降水概率偏高,弱降水概率偏低。两方案模拟的对流区雪、霰、雨水含量均大于TRMM卫星反演结果,且WDM6方案的对流云较多,总体雨水含量偏高;两方案均模拟出了雷达回波分布的整体特征,但眼区尺度偏大,WDM6方案在融化层以下缺少眼墙之外的弱回波区且大于39 dBz的强回波区偏多,同样显示了雨水含量（或尺度）偏大。由于WDM6方案为暖雨（云、雨水）双参数模式,对云滴活化、云雨转换及云、雨谱型有一定的改进,其能较合理地模拟出雨滴谱随台风发展的演变特征;模拟显示,云、雨滴的收集碰并及固态粒子的融化是雨水的主要源项,WDM6方案增加了云雨水自动转化率及雨水碰并云水率,导致该方案的空中雨水含量偏高,且随高度的降低快速减小;此外,由于WDM6方案使用简单的寇拉公式进行云滴活化,初始云凝结核数的变化即可造成雪、霰、云雨水含量的改变,故建议在具体大气气溶胶条件下,对方案中的云滴生成参数化过程做相应的调整。     

由河南\

强降水导致的电线短路、内涝及次生灾害每年都造成河南省电力系统的巨大损失,基于53 a日降水、6 a的降水资料,配合供电量、全社会用电量和人均国内生产总值（GDP）以及高分辨率的地形和水系资料,进行强降水灾害风险区划研究。结果发现,河南省国家站年均暴雨日2.3 d,夏季暴雨占全年的75%,暴雨频次从南向北、从东向西递减,中心位于桐柏山-大别山;短时强降水频次7、8月最大,高频站点集中在桐柏山-大别山地区和黄淮海平原的黄河以北地区等四个区域。电网强降水灾害风险区划综合考虑了致灾因子（暴雨和短时强降水）危险性,孕灾环境（地形和水系）敏感性,承灾体（供电量和用电量）易损性以及防灾抗灾能力（人均GDP）。强降水频次和电网分布是风险区划的关键因素,河流对其周边地区影响显著。河南省电网强降水灾害风险区划等级最高的地区是伏牛山地区、黄河海河的平原流域、商丘地区以及淮河的平原流域;前两个区域有发电厂、密集的特高压和超高压变电站和线路,供电量和用电量巨大,尤其需要关注。

     

北京一次大风和强降水天气过程形成机理的数值模拟

利用3维强风暴冰雹分档模式(IPA—HBM)对2001年8月23日北京的一次伴有大风、暴雨和冰雹的强对流天气过程进行模拟和分析，并与部分观测资料进行了比较分析。结果表明，该模式对此次强风暴的生命史、降水分布、降雹的大小等要素做了较好的模拟，并能够模拟出伴随强风暴过程所产生的强下沉气流和及地面强风速切变(下去暴流)。从云微物理学角度分析了此次局地性大风的形成原因，认为由高空冰雹粒子的拖曳产生的负浮力作用是促发强下沉气流产生的主要原因，其次是冰雹的融化和雨水蒸发冷却对下沉气流起加速作用，冰雹的拖曳和融化作用对下沉气流具有决定性作用。强风暴所产生的爆发性强下沉气流最终导致了局地大风的形成。     

微物理过程参数化方案对辽宁一次暴雪的数值模拟差异分析

利用WRFv3.9.1中尺度数值模式,采用Lin、WSM6、Thompson、WDM6四种微物理过程参数化方案对2007年3月4日辽宁特大暴雪过程进行了数值模拟研究。使用61个国家级气象站降水观测资料,评估了模式对此次降水过程的模拟能力,对比分析了不同微物理过程参数化方案模拟降雪过程中相态变化和水成物空间分布的差异。结果表明:4种微物理过程参数化方案均能模拟出与CloudSat卫星反演反射率分布相接近的结果,其中Thompson方案模拟的回波顶更高,向北伸展的范围也更大,其他3种方案回波顶高均在8 km附近。4种方案对降水落区的模拟略有差异,整体来看WSM6方案对本次降水的极值中心位置,以及不同降水量级的TS评分整体都优于其他3种参数化方案。降水相态模拟与观测的对比分析发现,WSM6、Lin和WDM6三种方案均能够模拟出雨雪分界线不断南压的过程且雨雪分界线位置准确,而Thompson方案对辽宁南部地区雨转雪时间模拟偏晚。从云微物理特征上看,4种方案均能模拟出大气低层存在的雨水粒子,其中WDM6方案模拟的雨水含量明显较其他3种方案更多,Thompson方案模拟出更多的雪粒子和最少的霰粒子,Lin方案霰粒子南北范围广、伸展高度高,WSM6和WDM6两种方案模拟出较少的霰粒子,这两种方案模拟的云冰高度也更低,正是各种水成物空间分布的差异决定了不同微物理过程参数化方案对降水量和降水相态模拟的差异。      

遵义市雷电灾害致灾因子危险性区划研究

利用遵义市14个国家气象站1978-2013年雷暴日数据和2006-2020年的ADTD雷电定位数据,叠加遵义市基础地理信息（包含县边界、水系分布等）、人口、GDP等数据。以致灾因子评估方法为理论基础,叠加GIS空间分析技术,对遵义市开展雷电致灾因子危险性区划研究。结果显示：遵义市雷击密度致灾因子区划结果较高,高危险性区域主要集中在市行政中心及赤水中西部;强雷电密度、地闪强度两种致灾因子高危险性区域分布较为零散;雷电灾害致灾因子危险区划中,高危险性区域主要分布于市行政中心、仁怀及桐梓部分区域,该高危险性区域同是人口分布密集,GDP较高的区域,在今后的发展建设中需加强该区域雷电灾害物防、技防、人防能力建设,以减少雷电灾害造成的人员伤亡和财产损失。     

登陆北上台风暴雨突发性增强的一种机制研究

采用一个三维混合模式对1992年8月30日至9月2日一次登陆北上台风暴雨过程进行了模拟。模式可以较准确地预报出与地面倒槽相一致的地面降水位置及降水量值。模拟的台风云系结构与卫星云图比较表明,外围云场与实例云况吻合很好,验证了本模式模拟卫星云图的能力,对卫星云图预报有实际意义;暴雨突然增幅的直接原因是高层冰云与低层供水云的突然北移重叠造成的。受地面倒槽附近强烈辐合抬升的动力作用,各相态云系的分布与垂直运动紧密相关;辐合线右侧的东南低空急流为降水的增幅及维持提供水汽来源;云的相变潜热非绝热加热作用对暴雨的增幅及维持具有正反馈作用,它对暴雨维持具有积极贡献。     

长江中下游一次暴雪冻雨微物理过程模拟研究

根据NECP1°×1°客观再分析资料和常规观测资料,利用中尺度数值模式WRF对2008年1月25—29日长江中下游暴雪冻雨过程进行了数值模拟,结果表明：WRF模式可以很好地模拟出此次强降雪过程高低空环流形势演变特征以及降水带的分布。分析表明,中层西南急流对暖湿空气的输送以及低层冷空气的持续扩散为暴雪和冻雨的发生提供了很好的温度层结条件。云微物理过程特征分析表明,此次暴雪冻雨过程存在多种云系共同降水,中低空600—850 hpa强逆温层尤其是0 ℃层的存在使得雪、冰晶等冰相粒子融化形成过冷却水,是大范围冻雨形成的必要条件,同时也是区分大范围冻雨暴雪形成的重要条件。