2021年7月河南极端暴雨过程概况及多尺度特征初探

2021年7月17～22日,河南省发生了致灾严重的极端暴雨过程,气象观测站最大6日累积降水量为1122.6 mm(鹤壁市),最大小时雨强高达201.9 mm(郑州市),突破了中国内陆小时雨强历史纪录.利用气象雨量站、探空和多普勒天气雷达等观测资料以及ERA5再分析资料对极端暴雨概况和多尺度特征进行了初探.结果表明,此次极端暴雨过程是在对流层高、中、低层以及中、低纬度多尺度大气系统共同作用,并叠加地形影响下产生的:(1)西南季风将南海的水汽向西北太平洋输送并经由热带气旋“烟花”向北抽吸,西北太平洋上的水汽经“烟花”北部的偏东低空急流和异常偏北偏强的副热带高压西南缘的东南气流向河南输送;这条异常的东进河南的热带气旋远距离接力水汽输送通道导致河南可降水量正异常.(2)对流层高层,河南位于短波槽前辐散区;对流层低层,河南及附近为低涡或倒槽影响,这些均有利于低层大气的辐合和上升.此外,伏牛和太行等山脉对水汽的汇聚和对低层偏东或东南气流的抬升有作用.(3)副热带高压和异常偏强的大陆高压连成“高压坝”,阻碍了中高纬度冷空气南下,郑州极端暴雨发生在暖湿层深厚的环境场中,降水系统呈现低质心热带型雷达回波...     

极端风暴载荷下导管架平台的动力响应分析

为评估导管架平台在极端风暴工况下的整体安全性能,基于ABAQUS有限元软件建立导管架平台的有限元模型,在极端平均风工况下对平台进行了静力分析,在极端脉动风工况下对平台进行了动力分析,重点探讨了平台在三种极端风暴工况下的应力、位移、速度及加速度响应。结果表明：平台的应力集中容易发生在桩腿桩基处,平台在极端风暴工况下的位移及应力响应均满足设计需求;平台强轴的固有频率大于弱轴的固有频率,自振周期远小于波浪周期,不会发生波激共振;平台在极端风暴工况下的位移及加速度响应极值可为结构振动监测系统的预警阈值设定提供参考。     

1987~2016年武汉市极端降水事件特征分析

基于1987~2016年武汉市及附近共5个格点的日降水量资料,选取5个极端降水指数Rx1day(单日最大降水量)、Rx5day(5日最大降水量)、R95p(极端降水量)、R20(大雨日数)、SDII(降水强度),采用百分位阈值法、气候倾向率法、滑动平均法和Mann-Kendall突变检验等方法,对武汉极端降水事件的时空变化进行了分析.结果表明:1987~2016年武汉市极端降水事件的阈值整体上呈中部小、周边大的空间分布特征.极端降水事件发生频次的高值中心位于南部,低值区为北部.频次年际波动大,呈微弱减少趋势,年代际频次则呈明显的逐年代递减的规律.极端降水指数的空间分布中,Rx1day和R95p的空间变化差异较大,而Rx5day, R20和SDII的空间变化差异较小.Rx1day与R95p变化趋势均为北部下降、南部上升;Rx5day则为南部下降、北部上升;所有地区的R20均呈下降趋势;只有位于西南部的SDII呈上升趋势,其他地区均下降.1987~2016年,极端降水指数年际波动剧烈,Rx1day,Rx5day和R95p波动幅度相似,且均呈微弱的上升趋势,R20和SDII波动幅度类似,均呈微弱的下降趋势,总体表明这30 a年间极端降水量随时间变化而增加,但是降水强度在减弱.     

严寒地区无砟轨道温度场及轨道板温度梯度预估模型

严寒地区无砟轨道结构的温度荷载取值,是轨道结构设计及服役性能研究急需解决的关键工程问题。基于东北地区大连、沈阳、长春、哈尔滨四个主要城市的历史气象数据及热力学基本原理,建立了CRTS Ⅰ 型板式无砟轨道-路基结构热力学模型,分析在不利气象条件下无砟轨道-路基结构温度场分布特征,拟合计算结果建立了轨道板最大正负温度梯度与气象数据关系预估模型,对东北严寒地区轨道板最不利温度梯度进行讨论。结果表明：CRTS Ⅰ 型板式无砟轨道-路基结构内部温度垂向分布呈非线性,0.2米深度范围内,轨道板及路基的日温度变化幅度较为剧烈,在一日内承受正负温度梯度的交替作用,1.4m深度后路基的温度趋于平稳,变化幅度可以忽略;通过日气温温差、日太阳辐射总量、风速三个主要气象数据,可以较好的预估CRTS Ⅰ 型板式无砟轨道轨道板一日内的最大正负温度梯度;轨道板的最大正温度梯度与日温差和太阳辐射总量成正比,与风速成反比,轨道板的最大负温度梯度与日温差、太阳辐射量及风速成正比。     

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.     

气温概率分布及设计使用年限调整方法研究

为了研究设计使用年限对结构设计温度取值的影响,选取我国东北、华北、西北、西南、华中和华南具有代表性的六大城市,对各城市最近50年的气象数据分析统计得到设计使用基准期为50年的气温概率分布函数.考察各地年最高气温、最低气温、年平均气温以及气温幅度的变化情况,提出极端气温与基本气温根据设计使用年限的调整方法.研究结果表明,...     

基于灰色系统理论对极端干旱区多枝柽柳硬枝扦插分析

采用灰色系统理论中的关联度分析方法,对多枝柽柳硬枝扦插4种不同处理的关联度及其8个观察指标值间的关联度大小进行了分析。结果表明,各个观测指标间的关联度依次为:侧根数茎粗主根长度保存率一级分枝数地上生物量鲜重株高,其中影响多枝柽柳扦插繁殖成活率的主要指标因子为主根长度、茎粗和侧根数;硬枝扦插4种不同处理的关联度依次为:露地育苗袋育苗杯覆膜。覆膜育苗是多枝柽柳在极端干旱区最适宜的快繁技术。     

1951年～2014年武汉市极端降水事件变化特征

基于1951年～2014年武汉市逐日降水资料,应用线性趋势法、Mann-Kendall检验和复值Morlet小波分析,研究了武汉市极端降水事件的变化特征.结果表明：极端降水事件的线性变化趋势不显著,1日最大降水量(Rx1day)的线性倾向率为－1.97 mm/10a,5日最大降水量(Rx5day)、强降水量(R95p)和大雨日数(R25)的线性倾向率分别为4.96 mm/10a、10.92 mm/10a和0.28d/10a.极端降水指数的年际波动剧烈,年代际差异显著,大致可将其划分为偏高期(1951年～1964年)、偏低期(1965年～1978年)和偏高期(1979年～2014年).Rx1day的波动幅度在整个时间序列逐渐收敛,而Rx5day、R95p和R25在偏高期波动幅度较大.Rx1day大体上经历了减少—增加—减少—稳定的变化趋势,而Rx5day、R95p和R25经历了减少—增加—减少—增加的变化趋势,R95p在1978年变化趋势显著.Rx1day、Rx5day和R95p均存在11 a左右的周期变化,此周期具有全域性及较好的连续性,R25的一主周期为17 a,其信号稳定且贯穿整个时间序列.     

A-收敛与几乎处处收敛

设A≡(a_i)^∞_i=1?S+_<sub>l₁,其中,S</sup>+_<sub>l₁表示l₁单位球面上的所有正向量构成的集合.Banach空间X中的序列(x_n)称为A-收敛于x∈X,是指对任意的ε>0,lim_i→∞〈a_i,χ_A(ε)〉=0,其中,A(ε)={n∈N∶‖x_n-x‖≥ε}.用两种不同的收敛方式刻画A-收敛,即证明对任意A≡(a_i)∞_i=1?S</sup>+_<sub>l₁,存在一个N上的理想I_A,以及一族极端有限可加概率测度P_ext(I_A),使A-收敛且理想I_A-收敛和测度P_ext(I_A)-收敛互为等价.此外,证明A-收敛为测度P_ext(I_A)-几乎处处收敛的充分必要条件是该A-收敛为非退化的.</sup>     

采取联合行动应对灾害、可持续发展和气候变化

 2014 年英国皇家学会发布报告《应对极端天气》(Resilience to extremeweather),报告中指出,在接下来几年中,全球极端气候现象将会频繁发生,特别是随着温室气体排放的增加带来的一系列问题。例如洪水、干旱等明显环境现象,同时气温增高产生的热浪也会对老龄化人群产生威胁。英国皇家学会认为,发布该调查报告的关键点是希望可以帮助全球、国家和地方各级机构制定有关适应和减少风险的重要决策,通过对比不同的抉择,考虑恢复力的基本构建模块,来探讨可以做出怎样的改善措施来保护人们的生命和生产。