大尺度洪水灾害损失与影响预评估

通过深入研究建立了大尺度洪灾损失与影响评估指标体系,构建了大尺度洪灾损失与影响预估的方法体系,即通过数值模拟确定大尺度洪水的淹没特征.根据土地利用类型与承灾体类型在空间上的对应分布特点实现了社会经济统计数据的空间化,通过GIS软件的空间分析功能完成大尺度洪灾社会影响和经济财产损失的空间化评估.黄河下游存在发生大尺度洪灾的可能,其洪水管理需要洪灾损失与影响的预评估,但黄河下游目前尚没有比较合适的洪灾预评估方法.经过对黄河下游北岸原阳在1958年型洪水下的模拟决溢洪水所造成的灾害损失与社会影响预估表明,该方法可以评估大尺度洪灾中经济财产损失的类型、数量及其空间分布特点,可以确定受灾人口数量、受灾程度及其空间分布特征,并能够评估间接损失,可以满足洪水影响区规划和抗洪救灾、减灾决策的需求.     

黄河下游大堤保护区内洪灾风险的空间格局

以花园口-兰考段大堤保护区为研究区,利用水力学模拟的方法对研究区内洪水的危险性进行分析,然后结合社会经济空间分布状况,建立洪灾风险空间识别的指标体系,应用地理信息系统地图代数功能和模糊数学综合聚类相结合的方法,对研究区内的洪灾风险进行识别,并进行洪灾风险的空间格局分析．结果表明:洪灾风险程度最高的区域主要分布在研究区东北部,区内平均水深为1．36 m,平均流速0．33 m／s,平均GDP密度为435．37万元／km2,平均人口密度为841．43人／km2,洪灾风险二级类型地区分布在研究区西北部,风险三级区分布在研究区东南部,风险四级区主要分布在研究区西南部,其他地区相对较为安全,洪灾风险较小．在洪灾风险空间识别方法和技术手段上的尝试可以为其他类似地区的洪灾风险识别提供参考．     

黄河下游地区地壳稳定性评价

从构造稳定性、地面稳定性和介质稳定性3个方面对区域内的构造活动、构造应力、外动力地质灾害和地表物质组成等影响地壳稳定的因素进行详尽分析,划定评价因子隶属度的空间分布;利用AHP法确定各因子的相互关系,运用模糊数学评价方法,通过ArcGIS软件的空间叠加和空间数据库功能,构建出基于GIS的模糊数学地壳稳定性评价模型．以此为基础,对黄河下游地区的地壳稳定性进行评价．结果表明:黄河下游地区地壳稳定与不稳定区域的面积分别为48．72％和51．28％,二者基本相当．从各等级的数量关系看,稳定性中等的区域在总面积中占据主体,约70．58％．地壳不稳定区域呈带状分布,明显受区域构造断裂带控制;黄河下游河道穿越区域的地壳稳定性状态以不稳定为主,穿越不稳定区域的河段共计568．345km,占总长的78．93％．黄河下游河道沿线地壳稳定性较差河段集中于兰考与东平之间．     

我国东北地区季节降雪高分辨率数值模拟

利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式,进行了我国东北地区冬季降雪的高分辨率数值模拟,评估了WRF模式对季节降雪的模拟能力,并探讨了模式水平分辨率和物理过程参数化方案对降雪模拟的影响.结果显示WRF模式可以合理地模拟冬季气温和降水的空间分布,模拟结果和观测吻合较好.该模式可以合理地模拟东北地区季节降雪的空间分布和时间演变,显示了该模式较强的模拟性能.水平分辨率和物理过程参数化方案对降雪模拟有重要影响,高分辨率模拟结果更接近观测;相对于积云对流参数化方案,模式对陆面过程和微物理过程参数化方案更加敏感.     

消减黄河下游洪灾风险研究

从地学的角度出发,选择最适宜的行河边界条件和最小的社会、经济损失为原则,通过对地质、地貌、水文等学科的深入分析,在GIS和数学模型等技术的支撑下,研究了黄河下游洪灾风险的消减问题,探讨在现今黄淮海平原是否存在一条可行的最优后备流路．研究认为,在水沙矛盾不能根除的现实条件下,最优后备流路的识别可选择边界条件较优和社会、经济损失较小的重叠区域．通过对黄河下游地区的地形、构造运动、地壳稳定性,以及社会、经济发展状况的详细分析,运用距离加权函数和最低成本路径函数计算得到最优后备流路．后备流路完全摆脱鲁西中隆起的影响,全线在海黄裂谷中行河,有利于河道的相对稳定;后备流路的比降增加36．2％、长度缩短15．4％、曲率减小12．2％,有利于行水行沙．总之,启用后备流路能较好地缓解现行黄河的洪灾风险．虽然存在部分人口和城镇搬迁,基础设施的重建以及现有流路被废弃地区用水短缺及导致的生态、环境退化等问题,但与国家治黄的巨大累积投入相比较,其绝对数量仍然是可接受的．在被确定的后备流路区域内,由于水资源的充裕和相应需要进行的基础设施建设,将带动地区社会经济发展,获得难得的发展机遇．     

论稳定主槽与调水调沙的治河方略

黄河下游河道是一条受人类影响严重的河道。黄河下游河道整治工程开始于1960年代，经过40余年建设，河道游荡范围有所减小．改善了河势．保护了滩区，减轻了现有堤防工程的防洪压力，对于黄河下游防洪安全起到了积极作用。但游荡性河道河槽宽浅使得对水流的约束作用差．又由于河道经常摆动．河床中淤积的土质、耐冲的黏土爽层与易冲的粉沙分布十分复杂，因此造成游荡性河道河势变化的随机性。当洪水试图沿着最大比降方向流动时．若遇到阻水挡水物时就被迫改变流向，这也是产生横河、斜河的主要原因。     

基于模型模拟气候变化对农业影响评估的不确定性及处理方法

模型模拟是研究气候波动对作物影响的重要手段, 也是评估未来气候变化对农业可能影 响的主要途径. 由于科学认识和模拟技术上的不确定性, 当前的气候变化对农业潜在影响评估结 果一致性很差, 为农业应对气候变化的决策制定带来了极大困难. 基于不同层次的影响评估中不 确定性, 本文从气候预估、影响评估建模过程及气候模式与作物模型的连接3 个方面, 系统总结 了气候变化对农业影响评估中不确定性的来源及传播过程; 并介绍了针对多层次、多样化的不确 定性源及不确定性传播的处理技术与方法, 指出了当前不确定性处理中的缺陷与不足. 最后对如 何准确地实施气候变化对农业影响的评估, 进一步减小气候变化对农业影响评估潜在的不确定 性也提出了改进的建议.     

中国潜在湿地分布的模拟

潜在湿地分布的空间信息对于提高湿地制图精度、理解湿地空间分布的变化规律以及制定湿地恢复政策等都具有重要意义.地形特征对湿地的分布具有决定作用,通过采用滤波方法识别真实洼地,并结合气候降水和蒸发资料,提高了地形特征(气候地形指数)的模拟精度;基于气候地形指数的空间分布特征及其与潜在湿地分布的时空关系,采用众数统计方法,模拟中国潜在湿地分布.该方法不仅具有一定的物理基础,而且避免了复杂分布式参数的获取和模型的数值求解,更适用于大尺度湿地分布研究.基于多年的气象数据资料的模拟结果表明:中国潜在湿地约为58.18×104 km2,其中沼泽湿地面积约为32.50×104 km2,水体面积约为25.68×104km2,主要分布在西北部的青藏、新疆地区,东北部内蒙、黑龙江和吉林地区,以及华北平原和长江流域.与已有湿地模拟结果对比表明:模拟结果在空间分辨率(90 m)和精度方面都有所提高;与全国湿地调查结果在空间分布格局上具有较高的一致性.该结果为进一步提高湿地遥感制图精度、制定湿地恢复策略等提供了重要的支撑.     

基于网络大数据和水文-水动力模型的沿海城市洪水风险与适应

气候变化、海平面上升、地面沉降和快速城市化很可能将加剧沿海城市洪水风险.如何定量刻画洪水风险未来变化趋势并进行有效适应是亟待解决的前沿科学问题.为此,我们提出了一套多学科的综合方法:(1)基于网络大数据和机器学习对承灾体分布与暴露价值进行精细尺度建模;(2)基于水文-水动力模型对未来极端风暴洪水进行淹没情景模拟;(3)针对不同情景进行经济损失风险分析和适应措施的成本效益评估.以上海为例,将上述方法应用于综合评估极端风暴洪水情景下的住宅建筑风险、未来演化(2050年)和适应措施的成本效益.结果表明,海平面上升和地面沉降将显著加剧上海的洪水风险, RCP4.5、RCP8.5和RCP8.5 High-end三种典型浓度情景下住宅建筑的年期望损失在2050年达7.0亿元～9.0亿元,是当前结果的1.6～2.0倍.实施干适应措施和湿适应措施可分别将年期望损失减少76%～79%和88%～90%;并且两种措施均具有可观的成本效益,净现值分别达28.4亿元～55.3亿元和58.5亿元～99.4亿元,效益/成本比分别为1.9～2.4和7.9～9.8.上述研究可为科学理解和有效适应上海未来洪水风险提供依据,该综合分析方法也可应用于其他沿海城市的洪水风险和适应策略研究.     

汶川地震唐家山堰塞湖泄流过程的数值模拟

“5.12”汶川特大地震造成了重大人员伤亡和财产损失, 而山体滑坡形成的堰塞湖不稳定而易于发生溃决, 造成洪水灾害, 是震后急需防御的次生灾害重点和难点. 除了大量的现场勘测外, 对泄流及堰塞体冲刷过程的研究, 是制定下游避险、抢险方案的关键. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室曾为规模最大、威胁最严重的唐家山堰塞湖抢险提供了及时的技术支持, 本文是部分工作的总结. 针对唐家山堰塞湖特定的泄流动力学过程, 开发了平面二维水沙数学模型, 扩展了基本方程, 考虑了堰塞体形成的河床变形对水流运动的影响, 提出了高精度且高效率的边界跟踪算法, 分析了堰塞湖泄流过程以及堰塞体冲刷发展的机制. 结果表明, 河床变形对泄流影响较大, 堰塞体以溯源冲刷为主, 计算得到的泄流流量、堰塞湖水位与 实际观测值吻合较好, 这些结果已经很好地服务于唐家山堰塞湖下游应对方案的确定.     

中国北方土地利用/覆盖变化的情景模拟与预测

以北方13省(市)为研究区, 借助系统动力学(SD: System Dynamics)、人工神经网络(ANN: Artificial Neural Network)和元胞自动机(CA: Cellular Automata)模型建立了 “自上而下“和“自下而上”相结合, 数量变化与空间分布相结合的不同情景下土地利用/覆盖变化时空演变规律的动态模拟模型, 并对研究区多种土地利用/覆盖类型变化的时空特征进行模拟. 模型充分发挥了各子模型的特点和优势, 综合了土地利用/覆盖变化的宏观驱动因素与微观格局演化特征, 较全面地考虑了多种土地利用/覆盖变化驱动因子, 并引入CA模型中, 利用BP神经网络简化了CA模型模拟过程中参量权重确定问题, 提高了参量权值确定的精度和模拟结果的可靠性, 模拟精度约74%, 在一定程度上反映了大区域土地利用/覆盖变化的空间格局演变特征, 对脆弱生态区土地利用/覆盖变化的复杂性和生态环境响应研究具有一定参考价值. 模拟结果表明, 未来30 a中城建用地、林地、水体将明显增加, 耕地和未利用地将不断减少, 草地的数量则在波动变化中相对保持稳定; 空间上, 农牧交错带和东-南部地区变化最为显著.     

长江洪水后的思考

今年6～8月份,长江流域发生了仅次于1954年的全流域大洪水.本次特大洪水高危水位持续达两个多月,对长江中、下游造成的压力大大超过了1954年.除了长时间大面积暴雨和干支流洪水遭遇等自然因素的影响外,人类对自然无节制的索取,从而遭到大自然的惩罚是更为重要的原因.诸如:气候异常、森林植被遭破坏,分洪区经济开发,湖泊围垦等多项人为活动都是导致今年特大灾害的因素.大灾以后要反思,只有决策科学化、民主化,走经济与社会、环境协调的可持续发展道路才能有美好的未来.     

变形条件下孔隙岩石CH_4微细观渗流的Lattice Boltzmann模拟

岩体开采变形对流体渗流性质的影响是煤瓦斯共采、油气资源开发、CO2地质封存及地下水资源保护等关注的重要问题.本文基于砂岩孔隙结构CT图像,发展了一种孔隙岩石CH4微细观渗流的LBM模拟方法及适合于大尺度孔隙模型的并行算法,运用此方法模拟分析了孔隙砂岩CH4微细观渗流性质及孔隙结构特征的影响,并与实验结果进行对比,验证了LBM方法的可靠性.利用LBM+FEM方法分析了应力作用下孔隙结构变形对CH4渗流的影响机制.结果表明:该方法可以直观定量地描述岩石微细观孔隙结构特征、渗流速度场空间分布、渗透率以及应力作用下孔隙结构变形对渗流速度场、有效孔隙度和渗透率的影响.不同孔隙度砂岩渗透率的LBM计算结果与实验值具有较好的一致性.     

淡积云中夹卷混合机制的参数化及二次混合的影响

<正>夹卷混合过程影响着低云中降水的形成、气溶胶间接效应的评估、低云和气候之间的反馈以及雷达遥感云水含量的准确度.淡积云中夹卷混合过程的参数化对改进大尺度模式中云的参数化方案是至关重要的,但目前仍处于起步阶段.本文利用淡积云的飞机观测结果,对夹卷混合过程的参数化进行探索,并利用显式混合气泡模式(EMPM)进行数值模拟研究.2009年1月22日至6月30日,美国大气辐射观测项目组在美国南部大     

论事故处理时的正确性与迅速性

发生事故特别是特重大事故后,处理方法正确与否决定着事故造成的后果,在处理方法正确的前提下,处理事故迅速与否又关系到损失的大小.故处理事故的正确性与迅速性对减少人员伤亡、财产损失及社会影响等有重要意义.     

基于GIS的人口统计数据的空间化探讨

人口信息的空间化是当前地理科学和社会科学共同的热点问题。土地利用信息数据包含了影响人口分布的大量信息。利用SPSS数学统计软件的分析和数学建模功能及ArcGIS的强大空间分析功能,通过建立土地利用类型对人口分布的影响因子库,实现了人口统计数据的空间化。     

区域环境集成系统模式以及对我国夏季季风的模拟研究

重点介绍了中国科学院区域气候-环境重点实验室研制的区域环境集成系统模式RIEMS 2.0, 以及利用该模式对东亚地区进行了1979年1月到2000年12月的长期积分试验, 重点考察了区域气候模式对东亚地区的夏季季风的模拟能力. 结果表明: (1) RIEMS 2.0模式能够较好地模拟出夏季表面大气温度的空间分布以及不同区域温度的年变化; 同时模式模拟季平均和月表面大气温度与观测之间偏差大约一般在1~2℃. (2) 对于降水来说, RIEMS 2.0模式能够较好地模拟夏季降水的空间分布特征以及东亚地区雨带季节性演变, 同时RIEMS 2.0模式模拟的雨带演变较RIEMS 1.0更加接近观测. (3) RIEMS 2.0模式能够模拟出大尺度环流背景场. 该研究表明区域环境集成系统模式能够较好地应用于我国区域夏季季风气候模拟研究工作.     

黑河流域高分辨率区域气候模式建立及其对降水模拟验证

以中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室研制的区域环境集成系统模式为基础,采用黑河流域观测和遥感数据对模式中地形高度、植被类型、饱和土壤水势、饱和土壤导水率、田间持水量和萎点含水量、土壤孔隙度和土壤水势参数b等重要参数进行重新率定,进行模式本地化,建立适合黑河流域高分辨率区域气候模式,并且利用该模式对黑河流域进行了2000年连续积分模拟,重点考察了区域气候模式在水平分辨率为3 km条件下对黑河流域降水模拟能力.结果表明:模式能够较好地模拟出黑河流域降水的年、季节空间分布特征和不同区域降水年变化.对于不同区域来说,上游地区模式模拟降水较观测偏多,中游和下游地区较观测偏少,降水偏差在?39.9%~9.06%之间,与IPCC 2001报告中在区域尺度105~106 km2上降水偏差为±50%较为一致;模式模拟黑河流域上游、中游和下游地区平均降水与观测之间对应的相关系数分别为0.8123,0.5064和0.7033,都通过99%置信度检验.其中黑河流域上游地区模拟最好,相关系数达到0.8123;该研究表明采用黑河流域高分辨率区域气候模式进行动力降尺度后,弥补了黑河流域观测站点少的缺陷,为水文模型评估与实现对流域水资源精细化管理和决策支持提供科学数据.     

青海喇家遗址史前灾难事件

通过对位于黄河上游甘青交界处官亭盆地的喇家遗址及其周边地区一些地质现象的观察, 发现当时该地区发生了以黄河异常洪水和地震为主, 并伴有山洪爆发的群发性自然灾害, 这场自然灾害导致了喇家遗址的毁灭, 其中黄河异常洪水可能是史前人类遭受灭顶之灾的主要元凶. 喇家遗址灾难事件及其原因的研究, 不但有助于加深对4 kaBP前后黄河上游地区环境演变的认识, 而且对于揭示自然灾害对人类文明进程的影响也具有一定意义.     

封闭腔体内气溶胶的数量粒径谱演变的实验研究与数值模拟

建立了多谱气溶胶的动态模型来研究颗粒物在封闭腔体内的数量粒径谱演变. 颗粒物的碰撞基于布朗凝并, 模型不仅考虑了由碰撞引起的颗粒物数量损失, 同时考虑了碰撞形成大颗粒物的过程. 应用了高分辨率的扫描迁移率粒径分析仪通过3组不同实验对模型进行验证. 对比结果显示, 此模型的性能优于传统的简单粒径箱模型, 它可以提供更为详细的粒径谱演变信息, 而且模拟结果可以用来分析数量浓度的变化和数量中位径的演变. 应用模拟分析可以进一步分析实验仪器无法直接测量到的一些影响机理, 这对进一步了解和掌握超细颗粒物的清除和控制机理有重要意义.