基于HY-SWMM的居住小区暴雨内涝模拟及小区防洪涝研究

选取郑州市高新区盛和苑小区为研究对象,创建HY-SWMM(鸿业海绵城市/暴雨模拟软件),通过重现郑州“7·20”暴雨的雨量,模拟居住小区的内涝时空演变,得到相应的径流与积水数据。经过对居住小区在暴雨事件下的HY-SWMM内涝模拟计算结果分析,结合城市内涝成因,提出居住小区在暴雨内涝下的应对策略,以提高居民在城市暴雨内涝时的防灾能力与承灾韧性,对城市暴雨内涝防灾策略进行一定的补充。     

极端降雨下地下空间淹水对城市内涝过程的影响研究

极端降雨会引起城市内涝,造成地面严重积水,从而威胁城市地表及地下空间的生命财产安全.当前水动力模型涉及地下空间的模拟较少,地下空间设防高度对城市内涝时空分布特征的影响分析还存在不足.针对以上问题,以郑州市二七区主城区在“7·20”特大暴雨事件中的内涝过程为例,构建了考虑地下空间淹水的城市内涝模型.模拟了在地下空间不同设防高度下,城市内涝时空分布特征.研究结果显示：(1)构建的地下空间淹水模型具有一定物理机制,参数可量化,且计算简便,适用于大范围考虑地下空间淹水的城市内涝模拟;(2)不考虑地下空间淹水会使地表内涝风险被高估,高风险与超高风险面积之和将会增大10.7%;(3)当设防高度增加10cm时,城市地表的积水最大深度提高10.0%,流速增加2.3%,高风险与超高风险面积增加3.4%.这一结果表征了地下空间设防高度对城市内涝过程的影响机制与规律,为科学设置设防高度,有效防控城市地表-地下整体内涝风险提供了参考和依据.     

基于UMAP与HDBSCAN的北京市极端暴雨时空动态分布规律研究

极端暴雨具有历时短、雨强大、破坏性强等特点，是引发城市内涝的主要原因之一，探究其时空动态分布规律，有助于提高城市内涝风险精细化管理水平.本文以北京市2004-2016年308个气象站点的降雨资料为研究样本，利用UMAP降维算法和HDBSCAN聚类算法，构建了各类极端暴雨事件的时空动态分布模型.首次提取了北京市全域4类极端暴雨模式：模式1，暴雨集中在主城区，并围绕主城区缓慢移动；模式2，暴雨从西南山区途经主城区，向东北方向移动；模式3，暴雨自西部山区向主城区西北部扩散，最后向主城区北部方向移动；模式4，暴雨从西部山区途经主城区向东移动.研究结果表明，北京市极端暴雨的主要类型为短历时降雨过程，暴雨中心在空间上均存在从西向东移动的趋势.其中，主城区、东南山区以及南部平原地区面临相对更高的极端暴雨风险.各类极端暴雨的模式特征物理机制明确，其重构特征可以充分表征实际暴雨事件特性.研究成果可为北京市降雨设计、城市内涝风险管理等工作提供一定的参考.     

城市内涝预警系统研究——以开封市“7·20”特大暴雨应用效果为例

基于城市基础信息资料精细化程度和模型模拟不精准影响风险预报效果的问题，提出将多元时间序列ARIMAX模型应用于积水监测站的内涝预报，以便更精准地预测积水深度及变化过程；用多普勒雷达降水临近预报和数值模式降水预报产品，驱动积涝预报模型，建立城市内涝风险预警系统.结果表明，该系统在河南开封“7·20”特大暴雨临近时段（0～2 h）内涝风险预报效果较好，短时段（3～12 h）仍有较高的参考价值，能够为城市防汛和应急提供较好的技术支撑.     

为什么会出现河南特大暴雨？

正2021年7月17～21日,河南省遭遇极端强降雨。郑州24小时(7月20日08时～7月21日08时)降水量达到624.1毫米,超过了2019年的全年降水量(509.5毫米)。极端降水强度更是高达201.9毫米/小时,相当于150个西湖的水在1小时内倾倒在郑州境内,造成城市严重内涝,引发巨灾。河南省并不是历史上首次经历极端降雨。在"75·8"河南特大暴雨中,     

三亚短时强降水的时空分布特征

为了弄清三亚短时强降水的时空分布特征，利用三亚2009—2021年1个国家级地面气象站及18个加密地面观测站的逐小时和日降水数据以及哈德莱中心月平均海表温度资料，采用空间插值、经验正交函数分解、线性统计分析及相关性分析等方法，对三亚短时强降水的时空变化特征、短时强降水与暴雨的关系进行了分析，揭示其变化规律.结果表明：三亚短时强降水呈北多南少和东多西少的空间分布特征；EOF分解得到三亚短时强降水呈现全区一致和东西差异两种典型的空间分布模态，华南沿海海温异常是影响全区一致性降水模态的重要因子；短时强降水年平均出现站次为19.1,76.33%的短时强降水集中在16.0～30.0 mm·h^-1，短时强降水月变化呈双峰结构，峰值出现在7月份和9月份，87.32%的短时强降水出现在4～10月份；日变化的双峰结构明显，多发时段为04～05时、07～08时及16～17时；月平均短时强降水为26.6 mm·h^-1，极端小时降水为107.4 mm·h^-1，极端小时降水多由强对流系统引起. 83.34%的暴雨过程伴有短时强降水，两者呈显著性正...     

暴雨的气象成因

北京“7．21”特大暴雨造成了城市严重内涝,79人死亡,大量人员受灾,财产损失很大。那么,这次的特大暴雨是如何发生的呢？气象台是怎么预报天气的？面对这种灾害性天气,有没有人工干预的可能？针对这些问题,本刊者采访了中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室的孙建华研究员。     

珠江三角洲城市短时强降水概率分布模型的对比分析

采用GPD、GEV和Pearson-Ⅲ型3种概率分布模型,对比分析珠江三角洲18个城市短时强降水的概率分布,主要结论如下:1经AD、PPCC、RMSE和Q统计值拟合优度检验结果显示GPD模型普遍优于GEV和PIII型,反映超限量阈值法更适用于观测年限较短站点的极端水文气象事件的设计分位值推算;2花都、广州、新会、恩平、顺德、中山、珠海、深圳8个城市GPD模型的形态参数表明短时强降水出现概率高,且推算的设计降水大于GEV和P-III相应设计值;3参考相关"短时临近降雨强度等级划分"标准,珠江三角洲两年一遇短时强降水雨强即可达特大暴雨级别,是导致城市内涝的主要影响因子。     

极端暴雨下绿-灰-蓝基础设施防洪排涝效果评估——以东沙湖流域为例

针对当前城市洪涝研究主要集中在单一的绿色、灰色基础设施或绿-灰色基础设施的不足,基于水文水动力耦合模型对武汉市东沙湖流域进行建模,采用武汉市暴雨经验式并移植郑州“7·20”暴雨生成重现期1～1 000a的极端暴雨情景,分析极端暴雨下绿-灰-蓝色基础设施的雨洪控制能力.研究结果表明：绿色基础设施主要应对5a一遇以内的降雨,且有一定的削峰和峰值延缓效果;灰色基础设施排水能力的提高有助于城市应对极端暴雨,且雨强越大其发挥效果越明显,但存在增大峰值和提前峰现时刻的负面作用;蓝色基础设施具有极大的雨洪调蓄潜力,可为应对极端暴雨提供保障,但需考虑其综合效益并制定多级水位调控方案;绿-灰-蓝色基础设施应综合起来优化评估,蓝色基础设施的顶托效应反映了其水力联系和耦合关系.以期该研究为城市内涝灾害治理和海绵城市建设规划提供科学依据.     

2009年山东"8.17"特大暴雨地形作用的机理分析

利用常规观测资料、非常规资料等对2009年8月17-18日山东省出现的特大暴雨过程进行分析,并利用地形影响理论对这次降水过程进行初步分析.结果表明:1)山东这次暴雨主要发生西风槽东移、副高南撤的副高西北侧边缘.2)这次暴雨过程具有降水量大、降水强度大、暴雨范围大且集中和强降水时段集中的显著特点.3)强盛的偏南气流是这次暴雨发生的主要因素.4)山东"8.17"特大暴雨降水分布具有典型的地形影响特征,山东地区复杂山地地形对降水有显著增幅作用和对对流系统传播的阻碍作用.5)地形影响气流理论很好地解释了山东"8.17"特大暴雨降水分布.6)费县特殊地形对特大暴雨有很大贡献.关注地形作用对预报强降水及其分布具有积极意义.     

江西暴雨的气候特点及典型强降水特征分析

使用1980—2020年江西国家逐日降水资料,2016—2020年江西省国家站、区域站、景德镇市水文站、水库站的降水观测资料,采用数理统计方法,分析了江西省暴雨及强降水特征。主要结论如下:江西暴雨过程可分为局部暴雨、区域性暴雨、较强大暴雨、特强大暴雨与罕见大暴雨等5个级别。出现最多的月份是6月,占比25.6%,其次是5月和为7月。不同级别的暴雨分布有着明显的“金字塔”效应,向6月份高度集中。在大暴雨过程中,7月份出现的概率要明显高于5月份。江西极端强降水过程中,1 h雨强平均87.5 mm,最大可超100 mm; 3 h平均175 mm,最大超200 mm,6 h平均达247 mm,最大可超300 mm,景德镇市极端强降水1 h、3 h、6 h的雨强特征与江西省极端强降水的平均情况接近。这些研究结果为景德镇市受强降水影响,江河水位暴涨,带来极端的洪涝灾害的预警预报提供了理论依据。     

关于城市内涝频发的几点思考

近年来,全球极端气候致使暴雨、特大暴雨频发,我国多个城市发生内涝灾害,其中不乏一些沿海经济较发达、城市基础设施建设较完备的城市。现在的城市普遍存在着"逢雨必涝"这样的城市病。内涝问题是由于城市建设的快速推进,多种不利因素综合作用而产生的。各大城市也就这个问题从城市建设的各个方面积极地找寻着原因,并制定了许多解决的措施。     

郑州“7·20”暴雨的精细化特征及主要成因分析

为研究2021年7月20日郑州地区历史罕见暴雨洪涝灾害的精细化特征及其成因,基于实况观测和再分析资料,采用合成分析、距平分析等统计方法对此次暴雨过程进行了分析。结果表明:郑州“7·20”暴雨过程具有突发性极强、短时雨量极强、降水极端性突出的特征;200hPa存在异常偏强且稳定的高空槽及高空冷涡,使暴雨区上空高层具备强的辐散条件;偏强偏北的副热带高压、台风“烟花”和“查帕卡”向暴雨区持续输送了大量水汽;郑州上空回波发展旺盛,且有对流性回波不断汇聚,呈现明显的“列车效应”;在地形作用下,郑州具备比周边更强烈的低层辐合及上升运动条件,对降水量的增幅起到了重要作用;高、中、低空极为有利的环流配置、极强的水汽条件,以及地形的增幅作用共同导致了此次致洪暴雨过程。     

长江中下游一次暖区极端致洪暴雨特征及天气学成因分析

基于多源观测资料和再分析资料,采用天气学诊断分析方法研究了2019年5月长江中下游地区发生的一次致洪暴雨的特征及主要成因。结果表明:该次极端致洪暴雨过程是在稳定的“西低东高”天气形势下,由持续时间长的短时强降水累积而成,具有明显的中尺度和阶段性特征。直接造成极端暴雨的中尺度对流系统在低空急流前沿不断新生东移,表现出明显的“列车效应”和准静止特点。过程中低空急流和超低空急流异常强盛,为极端暴雨提供了持续有利的水汽和对流不稳定条件,特别是整层高湿、较低的抬升凝结高度和较大暖云层厚度有利于提高降水效率,产生雨强较大的短时强降水；高低空急流耦合是强降水发生发展的重要动力机制,强垂直风切变区与暴雨落区有较好的对应。     

德州市气候变化和气象灾害的防御

根据德州市气象站1951—2010年的气象观测资料,分析德州市的气候变化。结果表明,德州市气温升高、降水减少、日照减少、雾霾日数增加、酸雨加重,短时强降水和特大暴雨等极端灾害性天气气候事件增加,气候变暖,呈干旱化趋势。亟需采取有力措施加强城市防汛、农业干旱等气象灾害防御能力及人工影响天气作业能力的建设,控制和减少污染物的排放,减少大气污染对生态系统的影响。     

风廓线雷达在“7.19”大暴雨过程中差异特征分析

利用京津冀地区三部风廓线雷达资料,结合常规气象观测资料、加密自动站资料、NCEP再分析资料及雷达探测资料,针对2016年7月19~20日发生在京津冀地区的一次大暴雨局地特大暴雨过程进行分析。结果表明:此次降水过程分为两个阶段,第一阶段呈现短时雨强大且强度变化显著的对流性降水特点,第二阶段降水相对平缓,雨强显著减小;天气系统配置结构满足华北地区出现大暴雨的典型背景条件;强降水第一阶段发生前3,h出现双层低空急流,而强降水第二阶段低空急流的出现仅提前1~2,h,且并无双层低空急流现象。     

"98·7"武汉暴雨模拟中的三维变分资料同化研究

1998年7月20～21日,在湖北省武汉市发生了一场特大暴雨,24h降水量达286mm.利用一个三维变分资料同化系统及常规探空和地面观测资料,对这次特大暴雨进行了同化模拟研究.该系统有效地同化了温、湿、风观测资料,所得最优分析结果十分有利于强降水的产生.与第五代PSU/NCAR中尺度模式的控制试验模拟的24h2.5mm的降水量相比,新方案模拟的24h降水量达109mm,而且模拟的降水落区和降水起始时间也都有较大的改进.     

气候变化背景下济南短历时暴雨强度及雨型特征

城市暴雨强度和暴雨雨型的确定是科学合理规划和设计城市排水系统的基础。根据济南国家基本气象站1961—2017年分钟降水数据,采用概率分布模型、芝加哥法及同频率法,研究济南1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年、1991—2017年等4个不同年代下短历时暴雨强度和雨型变化特征。结果表明：济南短历时强降水自20世纪80年代开始增强,特别是20世纪90年代以来增大的趋势较明显;短历时和长历时强降水都主要集中在降水过程的前半程且有推后的趋势时段。建议每隔10年或当暴雨强度变化率超过5%时,对当地暴雨强度公式进行修订。     

七星关区城市内涝监测预警服务系统研究

通过七星关区主城区17个内涝点降水致涝的临界雨量阈值指标体系建立,设定内涝预警指标,对主城区易积易涝点实时监控,结合智能网格降水预报产品,当监测到实况雨量或预报雨量超阈值时,根据预警指标制作服务产品并通过预警信息发布系统进行服务.做到提前预警,做好防范,进一步提高了七星关区城市内涝防灾减灾监测预警能力,最大程度减轻和避...     

适用北京地区短历时强降水模拟的WRF模型物理参数化方案研究

以短历时强降水为特征的暴雨事件增多是北京地区近年来暴雨内涝频发的主要原因.为提高北京地区短历时强降水的模拟和预报能力,选用WRF(weather research and forecasting,WRF)模型中对降水模拟结果影响较为明显的3类参数化方案组成12组物理参数化方案组合,对北京地区具有不同中尺度环流特征的2类共8场短历时强降水事件进行模拟.基于构建的评价指标体系,评估各类参数化方案模拟北京地区短历时强降水过程的能力,评选出综合表现最好的物理参数化方案组合.研究结果表明:积云对流参数化方案对各类型强降水模拟结果的影响最大,云微物理参数化方案次之,行星边界层参数化方案的影响最小;从模拟北京地区短历时强降水过程的综合能力来看,表现较好且较稳定的方案分别为WSM6云微物理参数化方案、GD积云参数化方案和MYJ行星边界层方案;从模型模拟不同类型强降水过程的整体表现来看,模型对具有连续性降水特点且受地形抬升作用影响相对较小的第2类强降水过程的模拟效果最好,而对具有间歇性降水特点的深对流强降水过程及其相关的湿物理过程的模拟效果较差.研究结果对于提高区域强降水预警预报能力,改进模型参数化方案具有参考意义.