基于特征分析的设计降雨过程分析与计算

设计降雨是工程水文计算的重要内容.为提高设计降雨的客观性及工程水文计算的区域适用性,选取河北省永年站1980—2018年逐小时降雨观测数据为研究数据,在分析其降雨年际、年内分布特征的基础上,以降雨量、降雨峰值、降雨历时、峰值比四个特征作为关键要素,采用以降雨量和降雨历时为变量的排频法,分别对永年站汛期、非汛期的典型降雨过程进行设计和分析.结果表明：永年站近39年降雨过程具有明显的丰平枯交替变化特征;汛期典型降雨过程的降雨量为16.5 mm、降雨峰值为6.2 mm、降雨历时为3 h、雨型为单峰靠后;非汛期典型降雨过程的降雨量为15.9 mm、降雨峰值为2.6 mm、降雨历时为10 h、雨型为单峰居中;汛期设计降雨过程具有历时短、峰值大、变化急且降雨量集中于后部的特点;非汛期设计降雨过程具有历时长、峰值小、变化缓且降雨量主要集中在中后部的特点.不同时期特点迥异的设计降雨过程较好地反映了区域降雨的时程特征,可为城市防洪排涝的计算、科学灌溉制度的制定提供参考.     

2018—2020年西北太平洋台风特征及其对福州市臭氧浓度的影响

利用2018—2020年西北太平洋海域生成的台风资料和福州市5个国控环境空气自动监测站点臭氧数据,研究台风特征及其与福州市臭氧浓度的关系。结果表明,(1)2018年和2019年台风数量高于2020年,其中夏季台风数量最多,8月台风数量最多。(2)台风路径分为a类(南海型),b类(闽浙沪苏登陆型),c类(朝鲜半岛和日本登陆型),d类(太平洋远大陆型)。a、c和d路径台风主要发生在夏秋季,b路径台风只在夏季生成。(3)台风登陆或近大陆带来风雨清除臭氧,处于台风外围区易受到下沉气流的影响,引起臭氧高值,两种影响可能先后协同出现。(4)台风对臭氧浓度影响程度与台风路径、强度以及台风中心和福州距离相关。a、b路径台风一般不易造成臭氧污染,c路径台风多易引起臭氧高值。     

降雨诱发型滑坡的降雨阈值及机理研究进展与展望

根据相关降雨-滑坡关系文献，对我国不同地区滑坡发生的季节与降雨特征、滑坡的降雨阈值与模拟模型以及降雨型滑坡的发生机理等方面进行系统整理.结果显示：(1)国内滑坡灾害集中发生在每年5月至9月间且与降雨同步发生(1～2 d内),降雨诱发比例大于80%;(2)降雨诱发型滑坡在孕灾环境条件和致灾因子共同影响下发生，受坡内雨水入渗的渗流作用和地下水作用，其过程主要包括坡肩侵蚀→裂隙发展与贯通→斜坡整体滑动三个阶段；(3)滑坡降雨阈值研究方法包括经验性阈值研究和建立物理力学模型两类.前者存在明显空间差异；后者可以很好地模拟局地滑坡动态，但难以在大范围内推广.总体上看，降雨诱发型滑坡研究已取得大量成果，但由于滑坡产生条件间的复杂相互作用使得所得到的降雨阈值精度不高，导致实际预测预报困难，未来应继续加强研究.     

福州市区降雨序列多时间尺度的混沌特征

利用多时间尺度(Δt=1,2,3,6月)对福州市区近60 a来降雨序列进行混沌分析,以相空间重构、相空间嵌入维数m、饱和关联维数D2、饱和关联维数D2与相空间嵌入维数m的比值和最大Lyapunov指数λ等参数揭示了福州市区降雨序列的混沌特征.结果表明:各种时间尺度的相空间重构m都为8、饱和关联维数D2分别为3.19,3.24,3.15和3.13,D2/m分别为0.400,0.405,0.394和0.391,最大Lyapunov数λ分别为0.33,0.50,0.34和0.25,体现了各种时间尺度下福州市降雨量存在着混沌现象;通过对比分析,得出以Δt=6时的时间尺度分析降雨序列的混沌特征较好.     

低矮房屋屋面实测峰值风压分析

通过作者研制的一套可移动实验房及测试系统对近地登陆台风风速和房屋表面风压进行同步观测,研究登陆台风近地边界层风场和低矮房屋风效应.基于0801"浣熊"台风实测数据,分析了实验房屋面角部区域局部峰值负压分布特征和相关性,探讨了角部区域峰值压力时间和空间的平均拆减效应.结果发现,峰值负压系数大于现行规范规定值;并运用广义极值概率模型极值III型对角部测点峰值负压进行极值分析,角部测点峰值负压系数与其实测峰值负压相比要大26.4%.相对良态天气条件,在台风天气作用下低矮房屋屋面角部区域局部易形成较高吸力远大于现行规范推荐值.     

礼县烂山滑坡特征及地震-降雨耦合作用下稳定性分析

在对礼县烂山滑坡进行工程地质调查的基础上,结合区域环境研究滑坡的主要特征和稳定性影响因素,得出其高陡的地形、不稳定的岩土体、已有的变形破坏以及研究区的降雨、地震和人类活动等因素造成该滑坡的发展趋势为稳定性差,危险性大。结合Geostudio软件对烂山滑坡分别处于天然、降雨、地震、地震降雨耦合四种状态下的14种工况进行数值模拟,定量分析了降雨强度、降雨持时、地震动时程三个参数对烂山滑坡非饱和土渗流、地震动力响应以及稳定性的影响,结果表明地震与降雨耦合作用对滑坡的稳定性有累计折减效应,地震对烂山滑坡的稳定性起控制性作用,降雨起到促进作用使得滑坡更容易发生。     

我国东中部地区小时降雨集聚时空特征

基于1980—2012年1457个站点小时降雨数据,研究我国中东部地区5—9月降雨集聚指数(PCI)的时空分布特征,探索PCI与不同降雨强度和不同持续时间小时降雨变量之间的关系,揭示影响PCI变化的降雨特征变量。研究结果表明:我国中东部地区PCI在0.56~0.78之间,并具有明显的区域差异。东南沿海PCI高于西北内陆,在东北、华北及四川盆地形成3个高值中心,并在海拔差异较大的地区发生突变。线性趋势分析表明,我国中东部地区近33年PCI呈上升趋势。PCI与极端降雨之间呈显著正相关,且随着降雨量的减少,相关性显著增强。     

福州地区近20年台风降水特征分析

利用2000—2019年的台风历史资料和2010—2019年的区域自动站逐时雨量资料,分析影响福州地区的台风和台风暴雨的时空分布特征,将登陆台风按照登陆地点分为7类,分析不同登陆地点的台风对福州地区降水的影响。结果表明,近20年来福州地区台风暴雨的年均发生频次、降水量、台风过程最大降水量、日最大降水量、台风暴雨降水量占全年总降水量的平均比例和最大比例都呈减少趋势。不同登陆地点的台风对福州地区降水的空间分布不同,但大多数台风的过程雨量大值区和短时强降水高发区均在福清市西部、闽侯县和永泰县交界处、晋安区中部、罗源县北部;另外,登陆莆田到泉州区域的台风对福州地区降水产生的影响最大,其次为登陆福州地区的台风。     

滑坡与降雨研究

简要介绍了降雨型滑坡概况及其分布特征，并在此基础上初步分析了滑坡与降雨的关系，最后提出了降雨型滑坡的预测及防治对策。     

基于去趋势波动分析的降雨演变特性研究

降雨是地区水资源的主要来源,研究其长期的演变特性,对于水文水资源系统的预报、模拟具有十分重要的意义。运用去趋势波动分析法,对宝鸡市51年月降雨量序列分析,得到了定量描述降雨时间序列长期变化行为的参数——标度指数,并探讨了降雨序列的长程相关性及其内在规律性。结果表明:对应不同研究尺度,月序列波动的标度指数分别为0.268 5和0.809 7,即在大于88个月时间尺度上原序列是正相关的,在小于88个月的时间尺度上降雨序列是反相关的,体现了半干旱区降雨系统演变机理的复杂性。     

近17年福建沿海台风及风暴增水特性统计分析

根据1990~2006年的台风资料,对这17年登陆及影响福建沿海的台风特性进行了统计和分析,包括年际分布、年内月际分布、台风登陆点统计分析、台风强度统计分析.结果表明,与已有研究结果相比,台风的频率是下降的,登陆的台风集中发生在6~8月,提前了1个月,登陆台风的气压和风速成反比.对福建沿海崇武、东山、厦门、沙埕及梅花5个站点的实测潮位进行了调和分析和潮位预报,得出6个台风在各个站点引起的增水,对风暴增水分析表明,大风区范围越大则台风引起的增水越大,大风区覆盖台湾海峡的南部比覆盖北部更有利于增水,台风强度越大或台风与站点距离越近则台风引起的增水越大,位于台风右侧的站点比左侧的站点增水要大.     

福建沿海热带气旋的时空分布特征及其影响分析

福建沿海受热带气旋影响严重,研究分析其强度规律及时空特征等要素对福建沿海防灾减灾工作具有重要的意义。基于福建省1945-2019年登陆型热带气旋及2004-2019年影响型热带气旋数据资料,对福建沿海地区热带气旋的活动规律、时空分布特征及灾害损失情况进行统计分析。结果表明：福建省登陆型热带气旋频数年际分布大致呈现“增-减-增-减-增-减”变化,而强度年际分布呈现相反趋势。影响型热带气旋频数整体呈现减小趋势,预计未来几年继续减小。登陆型热带气旋在8月份登陆次数最多,其中以登陆强度为台风的热带气旋次数最多。福州市为登陆次数最多的城市,75年共登陆39次,且登陆强度呈现标准正态分布；宁德市登陆型热带气旋强度整体最大。从防灾角度出发,热带气旋由海域向陆域移动过程中,强度逐渐减小,且严重灾情在北部出现的频数较南部高。     

川渝盆地主汛期短时强降水事件日变化特征研究

利用四川盆地和重庆地区1980-2012年主汛期（5-9月）基本站小时降水观测资料,分析了短时强降水事件降水量、频次和强度的日变化特征,研究了短时强降水事件日峰值位相和空间分布特征,事件极值降水日变化和持续时间等分布特征,得出以下主要结论：1）川渝盆地短时强降水事件开始时间的日变化上（01：00-24：00时,北京时间,下同）,表现为“V”型结构下典型夜间峰值位相特征;结束时间的日变化上,表现为多个峰值型结构分布.强降水事件持续时间的日变化上,频次和降水量均呈双峰型结构,频次极大峰值出现在3 h,而强度上随着持续时间的延长,呈现逐渐增加的趋势;2）短时强降水事件极值开始时间空间分布上,极大频次和极大降水量出现在20：00-01：00时内,主要分布在盆地南部和西部大部分地区;日峰值频次结束时间主要发生在20：00-01：00时和08：00-13：00时两个时段内,主要分布于盆地南部、中部和西部大部分地区;3）短时强降水事件极值降水的日变化上,降水量和频次呈现单峰型结构,白天多为短时间（2~4 h）强降水事件出现极值,而傍晚开始至第二天清晨,持续2~10 h强降水事件出现极值均有发生;强降水事件极值降水持续时间日变化,1~24 h内呈单峰型结构,峰值出现在2 h.     

基于大型物理模型试验的强降雨诱发全风化花岗岩滑坡失稳分析

随着极端天气的增多,极端强降雨诱发滑坡对人民生命财产安全造成重大威胁。以典型强烈风化花岗岩地区青岛崂山的7.23返岭前滑坡为实例,基于相似准则,采用大型滑坡模型试验箱,开展了3组不同极端降雨条件下的室内模型试验,分析了不同降雨强度条件下边坡对降雨入渗的响应规律、边坡变形过程与破坏模式,总结了强烈风化地区极端降雨诱发花岗岩类滑坡的诱发机理与降雨成灾过程。结果表明：(1)降雨诱发全风化花岗岩滑坡经历了浸润侵蚀、表层变形、破坏加深和整体失稳4个阶段,坡体呈现“片状溜滑”特征;(2)降雨强度越大,降雨入渗速率越高,土压力、孔隙水压力和含水率变化越快,滞后效应越弱;(3)坡体变形破坏与降雨入渗具有一定的空间分布规律,研究成果可为强烈风化花岗岩地区的滑坡预警与治理提供参考。     

多台风区吊桥设计风速估算

在调查４５ 年来福建登陆台风发生频率、出入境方向、路径、最大风速等特性的基础上,提出基于历年台风实测风速统计的台风极端风速估算法, 并给出经验公式, 进而合理确定沿海吊桥的设计风速     

基于室内试验的降雨型滑坡机理研究

结合福建山区典型降雨型滑坡特点,建立室内人工降雨滑坡试验模型,从降雨强度入手,模拟降雨型滑坡的发生过程,探求降雨强度对降雨型滑坡的影响机理.利用有限元法建立考虑滑坡因子的数值模型,进行渗流和稳定性分析,得到降雨强度与滑坡启动时间的关系公式,数值仿真结果与试验结果基本一致,所得结果有益于降雨型滑坡机制的深入研究.     

对称和非对称台风对东海南海风暴潮影响比较

应用非结构网格的海洋数值模式FVCOM,分别模拟台风TC0509 (Matsa)、TC0519(Longwang)和TC0814(Hagupit)在长江口和杭州湾、福建沿海、珠江口和海南风暴潮,比较分析非对称台风和对称台风对风暴潮的影响.非对称台风的气压场和风场由WRF模式计算,对称台风的气压场和风场由藤田圆形台风模型计算.结果表明,对于登陆长江口和杭州湾、珠江口和南海一带的台风,WRF模式和模型台风计算的气压场和风场都能较好的模拟风暴潮,前者略好于后者.对于过台湾岛登陆福建沿海的台风,台风不对称明显,WRF模式能较好的模拟出真实的台风气压场和风场,前者模拟的风暴潮远优于后者.     

Diurnal variations of summer precipitation in Beijing

Climatic characteristics and secular trends of diurnal variations of summer precipitation in Beijing are studied using hourly self-recording rain-gauge data during 1961-2004. The results show that both rainfall amount and rainfall frequency present high values from late afternoon to early morning and reach the minima around noon. Two separate peaks can be identified in the high value period, one in the late afternoon and the other in the early morning. Taking the rainfall duration into account, it is found that the rainfall during late afternoon to midnight mainly comes from the short-duration rainfall events （an event of 1-6 hours in duration）, while the rainfall during midnight to early morning is accumulated mostly by the long-duration rainfall events （an event that lasts longer than 6 hours）. In the recent 40 years, the summer precipitation in Beijing has been considerably restructured. The total rainfall amount of short-duration events has increased significantly, while the total rainfall amount of Iong-duration events has decreased.     

长白山天池地区泥石流激发雨型与临界雨量

长白山天池景区内受多条泥石流沟威胁,为降低泥石流灾害造成的损失与威胁,通过收集与整理该区域内泥石流活动历时资料与相应的降雨资料,分析各沟泥石流灾害暴发的降雨过程,获得长白山天池地区的泥石流激发雨型的特征,并研究相关降雨参数(小时降雨强度、历史累计雨量、前期有效降雨和降雨历时)与泥石流灾害爆发之间的关系,得到了长白山天池地区泥石流灾害暴发的临界雨量值。经研究表明,长白山天池地区泥石流激发雨型分为长期持续降雨与长期间断降雨两类,长期持续降雨型的前期不间断降雨持续时间长,总降雨时间也持续较长,泥石流在降雨强度逐步达到临界值时暴发。长期间断降雨较长期持续降雨来说,总的降雨时间更长。该降雨类型的降雨强度存在多次由零到极大值增大再降低的重复过程,直到最终松散堆积体饱和至临界值导致泥石流暴发。经统计与分析得出,长白山天池地区泥石流灾害暴发的防范雨量与预警指标(临界雨量),以历史累计降雨量43.5 mm或前期有效降雨32.7 mm可以作为防范值,以小时降雨强度19.7 mm/h作为泥石流临界雨量,对不同的激发雨型特征与临界雨量的研究能够为长白山天池地区的泥石流灾害监测预警提供科学依据。     

9711号台风暴雨的诊断分析与数值试验

采用手数值试验的方法,分析了９７１１号台风登陆后的演变过程,讨论了水汽,地形等因子对台风及其降水的影响。诊断分析表明,理查逊数对降水落区具有一定的指标性,－１〈Ｒｉ〈０的强对流和湍流发展区与降水分布区域较一致。数值试验表明,水汽是台风及其降水加强和减弱的一个制约轭了,水汽含量减少到一定程度的台风过程可视为干台风过程;地形对台风系统的演变及其降水重要影响。