气候变化背景下干旱区暴雨强度公式误差控制技术研究

频繁的极端降水事件使暴雨强度公式编制过程中的误差控制变得越来越困难。利用宁夏银川国家气象站1961-2016年分钟降水资料,采用指数、耿贝尔、P-Ⅲ等概率模型进行雨强-重现期的曲线拟合和最小二乘法、高斯牛顿法进行暴雨强度公式参数推求,编制银川市暴雨强度公式,探讨干旱区暴雨强度公式的误差控制和优化策略。结果表明：（1）干旱区强降水样本少、变率大,针对编制暴雨强度公式过程中曲线拟合和参数求解这两个重要步骤过程中误差难以控制的缺陷,设计了一种新的误差控制策略,将误差的两步控制改变为综合控制,从而可使公式推算过程的误差达到最小。（2）银川夏半年平均气温从20世纪90年代中后期开始明显升高,短历时（尤其是30~180 min）降水强度为一致增强趋势,且变率加大。（3）优选耿贝尔曲线拟合结合高斯牛顿法求解公式参数,作为银川市暴雨强度总（分）公式的组合计算方案,较好地编制了银川市新一代暴雨强度公式,为干旱区暴雨强度公式的编制提供了可供参考的思路。     

柳州市暴雨强度公式修订研究

根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006,2014版)、《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》修订柳州市区暴雨强度公式,选定柳州国家气象站作为代表站,采用年最大值法进行降雨数据采样,采样年限为1995-2014年,挑取最大降水量的时段分为5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min共11个时段。采用概率型分布指数分布曲线进行拟合调整,进行单一重现期暴雨强度公式拟合,计算重现期区间暴雨强度公式和暴雨强度总公式。     

兰州市暴雨强度公式拟合方法研究

本文基于兰州市国家基本气象站1960~2014年降雨资料,通过直接拟合、耿贝尔分布、皮尔逊-Ⅲ型分布研究兰州市暴雨强度公式。选用芝加哥雨型来研究兰州市雨峰系数,结合暴雨强度公式确定短历时暴雨雨型。结果表明:(1)皮尔逊-Ⅲ型分布要优于耿贝尔分布和直接拟合,其调整后的兰州市暴雨公式中1年雨力参数A1为5.532mm/min,重现期调整参数c为3.198,降雨历时偏移参数b为14.92min,n为0.942,平均绝对均方差为0.036mm/min;(2)皮尔逊-Ⅲ分布能够满足不同的降雨历时以及更久的重现期。降雨历时小于90min或者重现期大于20年的暴雨模拟精确度更高,重现期在2~20a的暴雨平均绝对均方差最小为0.03mm/min。      

暴雨强度公式的图解法

对１９６３－１９８７年４－１０月降水量自记记录进行分析,从中每年挑选４次高强度降水,通过降水资料的频率调整用图解法编制暴雨强度公式。     

瑞安市暴雨强度概率分布公式参数估计研究

该文根据瑞安市1965~1997年降水自记记录, 通过适当的概率模式对暴雨强度抽样频数分布进行拟合, 并由此编制反映暴雨强度、历时、重现期三者关系的i-t-T表.利用最优化法进行非线性超定方程组的求解, 从而实现对暴雨强度公式中参数的估计.     

南宁市新一代暴雨强度公式与暴雨雨型研究

利用南宁气象站1953—2014年共62a的逐分钟降雨资料,建立南宁市暴雨强度公式和重现期2a历时30、60、90、120、150、180min以5min为单位时段的设计暴雨雨型。结果表明:(1)P-Ⅲ分布曲线对南宁市各历时降雨量的拟合效果最好。(2)采用P-Ⅲ分布、最小二乘法参数组合方法计算南宁市暴雨强度公式误差较小。(3)历时30min的设计暴雨雨型雨峰位置处于整场降雨过程的1/2分位,历时60-180min的雨峰位置基本处于整场降雨过程的1/3分位。雨峰处降雨强度随着历时的增加而增加。     

气候变化背景下北京市短历时暴雨的强度及雨型变化特征

利用1961—2017年北京观象台站逐分钟降雨资料,根据《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》,建立了北京市1961—1990年和1991—2017年两个气候态下的暴雨强度公式和2 a重现期下历时30 min、60 min、90 min、120 min、150 min、180 min以5 min为时间段的设计暴雨雨型。结果表明：1）P-Ⅲ型分布曲线对北京市两个气候态下各历时降雨量的拟合效果最好,暴雨强度公式精度最高。2）对比1961—1990年和1991—2017年暴雨强度公式,整体而言,后者各历时重现期的暴雨强度值较低,但随着重现期的增大,两者的雨强差值也增大。3）1961—1990年和1991—2017年短历时雨型的雨峰位置系数分别为0.436和0.382,2 a重现期下前者的各历时雨峰位置比后者提前,各历时累积降雨均在初期增长较慢、雨峰前后增长较快,之后增速明显减缓。     

暴雨强度公式参数估计及其应用

利用最优化法实现非线性模型参数的数值解法 ,应用于暴雨强度公式参数估计 ,提高了公式参数估计的精度。该方法可广泛应用于多参数模式的优化问题     

黄山市暴雨强度公式的研制

利用黄山市屯溪气象站1987～2016年连续30a的降水观测资料,获得降水量统计样本;采用"年最大值法"进行资料选样,按照P—Ⅲ分布、耿贝尔分布和指数分布进行分布曲线拟合得到雨强—重现期—历时(i-P-t)三联表;采用最小二乘法、高斯牛顿法求解暴雨强度分公式和总公式参数,根据误差最小原则确定最优方法,得到黄山市暴雨强度公式。结果表明:耿贝尔分布和指数分布各降水历时下的相对均方根误差比P-Ⅲ分布较小;采用最小二乘法参数组合方法计算分公式和总公式误差比高斯牛顿法较小,精度满足国标要求,是目前较为合适的暴雨强度公式计算方法,推荐为最优的暴雨强度公式。     

暴雨强度公式参数估计及其应用

利用最优化法实现非线性模型参数的数值解法,应用于暴雨强度公式参数估计,提高了公式参数估计的精度。该方法可广泛应用于多参数模式的优化问题。     

肇庆市中心城区暴雨强度公式研究及应用

采用年最大值法挑选肇庆市中心城区降水样本,并尝试用皮尔逊Ⅲ型、耿贝尔型、指数分布型3种概率分布函数进行拟合试验,结果表明:皮尔逊Ⅲ型和耿贝尔型通过KS检验;耿贝尔型暴雨强度的精度误差较皮尔逊Ⅲ型为优,最终获得耿贝尔型暴雨强度公式.根据公式计算单一重现期暴雨强度发现,1 h降水量达50 mm的重现期为2年以内,即每年都会发生;24 h降水量达暴雨量级的重现期为2年以内,即每年都会发生;特大暴雨量级的降水的重现期为50年以上.在面对超百年一遇的极端降雨时,需要完善应急管理措施;在预测有强降雨过程来临时,及时做好城市排水管道、调蓄池、行泄通道的调度.     

暴雨强度公式参数的遗传优化

遗传算法是模型参数优化估计的一种通用方法。提出将遗传算法应用于不同重现期的暴雨强度与降雨历时关系式中参数的优化,并进行了实例分析计算。结果表明：遗传算法用于暴雨强度公式参数优化的原理直观、方法简便,具有通用性。     

乌兰浩特市短历时暴雨强度公式推算与研究

选取兴安盟乌兰浩特站1994—2023年的逐年逐分钟降雨资料,基于年最大值法滑动提取11个历时逐年最大降雨量建立样本,利用耿贝尔、指数、P-Ⅲ型三种频率曲线拟合,得到重现期-降雨强度-降雨历时的关系曲线,通过最小二乘法与高斯-牛顿法求解暴雨强度公式中的参数,最终构建了乌兰浩特市短历时暴雨强度总公式。结果表明：耿贝尔分布配合最小二乘法拟合的公式精度最高,平均绝对均方差为0.031 mm/min,适用于本地暴雨强度计算。新旧公式差异显著,新公式在5～30 min历时计算的暴雨强度较旧公式偏小,45～180 min历时偏大,且变化率随历时延长而增大。未来可结合更长序列数据和区域气候差异进一步优化公式。     

沂南地区暴雨强度公式的推求

一、前言沂南县自1964年设置自记雨量计以来,截至1986年为止已有23年自记雨量计记录资料。本文通过对该县23年暴雨资料的分析、统计和整理,用图解和最小二乘法相结合的方法推求了沂南地区的暴雨强度公式,为防洪和排水工程设计提供了理论依据。     

短历时暴雨强度公式研究及应用软件介绍

介绍了采用二参数指数分布和优选法、最小二乘法等技术方法推算暴雨强度公式，及采用Visual Basic 6.0语言开发的暴雨强度公式计算分析软件。     

昆明市暴雨强度公式推算与对比

根据昆明国家基准气候站1981—2014年34年的逐分钟降水资料,基于年最大值数据采样方法,分别采用皮尔逊Ⅲ型、耿贝尔型、指数型3种分布函数曲线进行拟合试验,推算昆明市暴雨强度公式;在频率曲线拟合和暴雨强度公式参数估算时分别进行了精度检验,以误差最小为原则,得出耿贝尔型拟合的暴雨强度公式为最优公式。将新编最优公式与昆明市现有的其他5个暴雨强度公式进行对比,分析了昆明暴雨强度时空分布特征,验证了公式的合理性和适用性,为昆明城市防涝工程设计和相关设施的建设提供依据和参考。     

基于暴雨强度公式对山西暴雨空间分布的分析

根据山西省107个气象站1981-2012年10个历时的年最大降水量资料,利用Gumbel分布函数调整频率,得出雨强（i）-历时（t）-重现期（p）关系表。在此基础上,首先采用无约束的非线性优化求解方法拟合得到误差最小的暴雨强度公式参数,然后对暴雨强度公式参数进行分组拟合试验,得到另外一组暴雨强度公式,以最小误差的暴雨强度公式结果为标准,最终给出合理的暴雨强度公式参数空间分布,其结果可用于缺乏气象观测站的区域根据下垫面和气候分区特点构建暴雨强度公式。     

昆山市暴雨时空分布特征及设计暴雨强度公式推求

基于江苏省昆山市2008—2015年12个自动气象站逐分钟降雨数据和常规气象站小时降雨量数据,并选取5个代表站分别代表不同的生态系统,先对昆山市降雨和暴雨的时空特征进行分析,然后采用年多个样法进行暴雨选样,利用指数分布、皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布分析暴雨发生频率,最后使用高斯-牛顿法推求不同生态系统代表站的暴雨强度公式参数,结果表明:(1)昆山市各站点2008—2015年期间年降雨量都呈增长趋势,夏季降雨量最多、冬季最少,一天中01时(北京时间,下同)左右为降雨谷值,18时左右为降雨峰值,白天降雨多于夜晚;在空间分布上,农田和城市生态系统的年降雨量、年降雨日数最多,湿地和湖泊生态系统较少。(2)暴雨日数年际差异大,年内暴雨主要集中在夏季,暴雨发生频次日变化呈\"双峰型\"分布,暴雨发生频次在02时和18时最多,09时和24时最少;市区的暴雨日数空间变异系数大于郊区,且从市中心向外递减。(3)城市生态系统适宜采用皮尔逊Ⅲ型分布推求暴雨强度公式,其他类型生态系统适宜采用指数分布推求暴雨强度公式。     

基于暴雨强度公式对山西暴雨空间分布的分析

根据山西省107个气象站1981—2012年10个历时的年最大降水量资料,利用Gumbel分布函数调整频率,得出雨强(i)-历时(t)-重现期(p)关系表。在此基础上,首先采用无约束的非线性优化求解方法拟合得到误差最小的暴雨强度公式参数,然后对暴雨强度公式参数进行分组拟合试验,得到另外一组暴雨强度公式,以最小误差的暴雨强度公式结果为标准,最终给出合理的暴雨强度公式参数空间分布,其结果可用于缺乏气象观测站的区域根据下垫面和气候分区特点构建暴雨强度公式。     

鲁中主城区暴雨强度公式的修正方法

利用鲁中淄博地区1981~2013年降水资料,分析降水变化的时空规律。基于年最大值法选样,采用P-Ⅲ型分布、指数分布和耿贝尔分布对淄博主城区暴雨强度进行理论频率拟合分析,得出重现期—暴雨强度—历时的关系曲线,结合最小二乘法和高斯—牛顿法推求暴雨强度公式参数,以绝对误差和相对误差作为公式主要评价指标,得出淄博主城区暴雨强度公式。结果表明:淄博市近30 a来暴雨强度呈上升趋势,上升幅度由短历时向长历时递减;年平均暴雨日数呈现山区多、平原少的空间分布,其中,淄博主城区最少为1.6 d,南部山区博山最多为2.5 d;P-Ⅲ型分布曲线拟合理论频率—最小二乘法推求参数得到的暴雨强度总公式和单一公式效果最好,总公式平均绝对标准差和平均相对标准差分别为0.026 mm/min和2.35%;新修正的暴雨公式计算的暴雨强度值多数比1980年代编制的大,偏大幅度随重现期的增加而增加,对临近平原地区暴雨强度有较好的拟合效果。