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行业专项成果综述-城市短历时强降水监测和致灾阈值研究及业务系统研发

发布者:张岳   来源:   发布时间:2019/12/13 16:33:40   标签:   浏览次数:6332

项目编号GYHY201506014

研究周期2015年1月2017年12 月

国拨经费312万元

项目负责人】邹旭恺

项目骨干成员】邹旭恺、殷水清、张强、贺芳芳、于长文、孙佳、李建等

项目承担单位】国家气候中心

项目协作单位】中国气象科学研究院、北京师范大学、上海市气候中心、河北省气候中心、重庆市气候中心

主要研究成果

1)小时降水特征研究

中国大陆地区夏季小时尺度降水量和频次的空间分布特征相似,降水强度区域差异较大,降水频次南多北少,降水强度东强西弱。降水日峰值区域差异明显。降水日变化的典型位相主要是位于下午、清晨和夜间三个时段,整体而言降水频次的清晨峰值明显,降水强度以下午峰值为主。

重现期为251050a的小时降水强度阈值空间分布特征相似:华南沿海阈值最高,长江中下游地区北部、四川盆地西部、华北地区东部次之,云南中西部、华北西部和东北西部阈值相对更低,最小值出现在我国西部地区。

在沿海地区、长江流域和青藏高原东坡极端降水事件的平均持续时间较长(超过12h);北方地区持续时间较短。在具有较大海拔落差的复杂地形区,极端降水事件较平原地区更快地发展到峰值。

在过去几十年,弱降水和强降水比例发生了显著变化,且弱降水百分比变化的空间型与气温变化的空间型相似。极端降水与气温的关系具有显著的区域差异。在华南沿海地区,水汽供应充足且相对湿度稳定,极端降水增加;华北区尽管也有明显增温,但水汽供应不足导致极端降水无明显变化。

2)次降雨过程的划分和变化特征分析

采用指数法定量估算最小降雨间歇(MIT),根据不同的最小降雨间歇,划分次降雨过程,提取次降雨过程参数。次降雨过程特征参数对MIT的变化敏感。当MIT较小时,次降雨过程特征参数对MIT的变化敏感;当MIT增大时,敏感性降低。随着MIT由小变大,年均降雨次数减少,次降雨量增多,次降雨历时增大,次降雨平均雨强变小,最大30min雨强增大。由2h6hMIT得到的次降雨过程特征参数大部分在统计上具有显著差别。

降水日界对降水资料的影响分析表明,两种日界标准(08时和20时)降水资料提取的小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨没有显著差别,特大暴雨有显著差别。

3)示范城市短历时强降水变化特征研究和暴雨雨型分析

重庆短历时降水强度年代际变化特征明显,短历时降水强度变化平稳略有上升,随着历时增加趋势增加越明显。河北省石家庄、邢台和秦皇岛等地各历时降雨强度均呈增强趋势;除张家口地区以外,河北南部和东部地区降雨强度最大的时段主要集中在21世纪以来的10余年。

分析比较多种概率模型拟合设计暴雨量结果,优选最佳方法,完成了重庆、河北石家庄、张家口等主要城市的暴雨雨型分析,为雨水污染防治和城市防洪排涝提供了理论支持,为排水系统的规划、设计和管理提供了可靠的设计参数。

4)上海市城市短历时强降水致灾阈值研究和模型建立

综合SCS-CN模型的反演计算和110积水报警资料典型个例对模型反演计算结果的分析验证,确定上海地区短历时强降水致灾阈值:当雨量达3040 mm?h-1,出现灾情;当雨量≥50 mm?h-1时,灾情加重;当雨量≥70 mm?h-1时,灾情严重。

根据上海短历时强降水逐时雨量与110积水报警数的分布关系,建立了逐时短历时强降水致灾评估模型。

根据上海地区小时雷达定量降水估测(QPE)网格产品和经过质量控制的自动站小时雨量资料研制了短历时强降水面雨量计算方法,确定小时面雨量值≥30mm为短历时强降水致涝的面雨量阈值。

5)短历时强降水监测业务系统的开发建设

完成小时和分钟降水数据库设计和历史资料库建设,小时降水资料的实时接收处理和检索调用。研发了小时降水监测指标并实现业务系统运行,可展示指标结果的时间变化和空间分布图形及数据。

完成小时降水监测WEB网页版建设,包括逐小时降水的量值、极值、超过某阈值时数等监测指标的功能开发,实现了WEB版本操作方式,完成数据查询、图形制作等人机交互与展示功能的开发和优化。

完成暴雨雨型分析模块集成,实现分钟数据解析、场雨划分、强度变化分析、设计暴雨雨型计算等功能的自动化处理,为暴雨雨型分析研究工作提供了规范化、客观化、自动化的技术平台支持。

成果应用情况

项目对我国小时降水及其极端事件的变化特征做了系统的分析研究,并基于高分辨率降水资料开展了次降雨过程的研究分析,提高了高分辨率降水资料在气象研究中的应用能力,发表了多篇科研论文,研究结果对短历时强降水的监测评估有着重要的意义,为极端降水事件的灾害影响评估提供了理论基础和技术支撑。

项目开展的暴雨雨型方法的研究应用在重庆和河北多个城市的暴雨雨型分析工作中,形成的暴雨雨型设计评估成果已经应用到多个城市的防洪排涝规划设计中,提供了科学的理论依据和技术保障,也为城市开展气候可行性论证工作提供了技术支持。通过本项目建立的雨型分析方法还应用在河北2016年“7.19”特大暴雨洪涝灾害的灾后重建论证服务中,编制了《18个重灾县暴雨洪涝风险区划评估报告》。通过本项目的示范性研究,为今后其他城市在设计暴雨及雨型分析方面起到示范指导带动作用。

项目研发的城市短历时强降水业务监测系统在国家气候中心、河北省气候中心、重庆市气候中心等业务单位使用。该系统的短历时降水监测和分析产品已经在国家气候中心业务和服务中使用,应用于多份决策服务材料及《中国气候公报》、《重庆市气候影响评价》、《河北省气候影响评价》等报告中;系统中的暴雨雨型分析为各省气象部门在暴雨强度公式修编、暴雨雨型分析设计等气候服务提供了平台支撑,暴雨雨型分析产品在重庆、河北、江苏等多个城市规划和海绵城市设计等专业服务中得到应用。

    项目研发了城市短历时强降水致灾阈值研究方法和致灾模型,对上海典型短历时强降水的降水特点及灾情情况进行了评估。基于该研究成果,采用SCS-CN模型建立厦门市城市内涝致灾模型,反演厦门暴雨致涝面雨量,得到厦门市暴雨致涝面雨量分布,分析出暴雨致涝面雨量的高风险区主要位于海边和人工湖周围,成果应用于《厦门暴雨致涝阈值图集》的编制,对厦门市政府防灾减灾具有重要参考作用,取得了很好的社会效益。

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