芝加哥降雨过程线模型的改进

芝加哥降雨过程线模型作为一种短历时暴雨分配方法，已被广泛应用在城市短历时暴雨设计中。但由目前常用的芝加哥雨量分配公式得到的不同峰值系数、不同历时降雨量与规范中暴雨强度公式计算的历时降雨量存在一定偏差。通过研究偏差存在的原因，对模型进行改进，由规范暴雨强度公式推求各分配时段开始、结束时刻对应的平均降雨强度和降雨量，进而推求各分配时段对应的降雨量计算公式。改进的芝加哥模型较现有模型更简洁，通过实例分析表明，改进芝加哥模型的计算结果修正了现有芝加哥模型与暴雨强度公式计算的降雨量之间存在的偏差。     

贵阳市花溪城区暴雨内涝灾害分析

[目的]分析贵阳市花溪城区暴雨内涝灾害。[方法]从1981—2015年花溪区连续自记雨量记录中挑选降雨历时为5、10、15、20、30、45、60、90、120 min每个时段的年最大雨量记录,作为花溪区暴雨强度公式的计算样本,利用暴雨强度公式计算得出花溪区暴雨强度和降水量曲线图,分析花溪区降水特征和城市内涝灾害。[结果]暴雨强度公式是依据中华人民共和国国家标准《室外排水设计规范》(GB50014—2006)推荐的方法,计算过程规范,计算结果误差满足规范要求。花溪区历时5、10、15、20、30、45、60、90、120 min降水不同重现期下的降水强度和降水量不同。[结论]该研究可为花溪区各级政府和职能部门制定决策服务提供科学依据。     

暴雨强度公式推求研究

选用安徽省气象档案馆整编的1975~2000年芜湖市的分钟雨量自记纸信息化数据,采用二分法及最小二乘法求得各历时单一重现期暴雨强度公式的参数及均方差,得到单一重现期的暴雨强度值——i-t-p表,进而推求芜湖市暴雨强度总公式,并对其作精度分析。结果表明,该暴雨强度总公式的平均绝对均方差小于0.05 mm/min,满足我国《室外排水设计规范》精度要求,且计算过程全部通过程序实现。     

用粒子群算法反求割离井公式中的水文地质参数

【目的】研究粒子群算法在反求割离井公式水文地质参数中的适用性。【方法】以待估计的水文地质参数作为变量,利用割离井公式计算观测井的理论出水量,将理论出水量与观测出水量的偏差平方和作为目标函数,从而将反求割离井公式水文地质参数问题转化为最优化问题,利用粒子群算法进行求解。【结果】实例验证表明,粒子群算法用于反求割离井公式水文地质参数,计算精度高,不受人为因素干扰,可以取得理想效果。【结论】粒子群算法是反求割离井公式水文地质参数的新方法。     

基于改进粒子群算法的重力坝断面优化研究

【目的】将改进粒子群算法用于重力坝断面的优化计算,为重力坝的优化设计提供支持。【方法】针对传统粒子群算法(PSO)中线性递减的惯性权重极易导致算法陷入局部极值的不足,提出一种改进的粒子群算法(Improved PSO),该算法利用三角函数的相关性质改进惯性权重(w)随时间的动态变化模式,以使惯性权重值在算法的初期保持较大取值,然后逐渐递减而在算法的末期保持较小取值,从而提高粒子群算法的全局搜索能力,增强算法的收敛性能。编制基于改进粒子群算法的重力坝断面优化设计计算程序,对某水利枢纽工程的非溢流重力坝断面进行优化计算分析,并与遗传算法和标准粒子群算法的计算结果进行比较。【结果】采用改进粒子群算法得到的非溢流重力坝的最优断面面积为5 147.3 m~2,而采用标准粒子群算法(SPSO)得到的非溢流重力坝的最优断面面积为5 416.5m~2,前者较后者减小9.45%,极大地提高了经济性;采用改进的粒子群算法得到最优解需要计算15步,而采用标准粒子群算法得到最优解需要计算22步,粒子群算法收敛速度提高了31.8%。通过2种算法计算结果的对比,表明改进的粒子群算法不仅能得到更好的优化结果,而且保持了较快的收敛速度。【结论】改进粒子群算法可以用于大型水利工程结构的优化计算与设计。     

基于粒子群的支持向量机SVR冰情预报研究

[目的]研究基于粒子群算法优化支持向量机SVR的黄河宁蒙段封河、开河日期预报模型。[方法]采用相关分析和成因分析相结合的方法选取合适的冰情预报因子组合,并运用粒子群算优化方法确定最优参数构建预报模型,将其运用到黄河宁蒙段封开河日期预报中。[结果]该模型预报精度高、运行时间短,预报平均误差为3.51 d,平均运行时间为10.464 s,预报效果明显优于遗传算法优化的支持向量回归与反向传播式神经网络,能够较准确地对封开河日期做出预报。[结论]基于粒子群算法优化支持向量回归的方法可以用于冰情预报。     

生态环境质量评价的参数化组合算子普适指数公式

[目的]采用基于指标规范值的参数化组合算子普适指数公式,对区域生态环境质量进行评价。[方法]适当设定典型区域生态环境质量各指标参照值和指标值的规范变换式,使规范变换后的标准规范值差异很小,从而可以认为用规范值表示的不同指标皆＂等效＂于某个＂规范＂指标。在满足一定优化目标准则条件下,应用免疫进化粒子群混洗蛙跳算法,对参数化组合算子公式中的参数进行优化从而建立区域生态环境质量评价的普适指数公式。[结果]采用优化后适用于任意m（1≤m≤23）项指标组合的生态环境质量评价的参数化组合算子普适指数公式,对山仔水库周边乡镇的生态环境质量进行评价,其评价结果与未确知测度法的评价结果完全一致,即山仔水库周围5个乡镇的生态环境质量均属于4级。[结论]生态环境质量评价的参数化组合算子普适指数公式具有形式简洁、直观、计算简便和普适通用的特点。     

基于Marqardt-Hartley法及其在求解城市暴雨强度公式参数中的应用研究

根据重现期 P～降雨历时 t～暴雨强度 i的关系表 ,推求现代城市暴雨强度公式的参数 ,是一个已知关系式非线性函数的参数估计问题 .本文在理论分析及前人研究的基础上 ,通过引进阻尼因子和步长因子 ,从而得出现代城市暴雨强度公式参数的 Marqardt-Hartley联合电算解法 .经实例说明 ,该法较好地克服了现有各种数值解法存在的不足 ,使暴雨强度公式参数的求解方便灵活、收敛性好、求解稳定 .该方法实用可行 ,拟合精度较高     

基于GIS技术小流域水环境容量控制单元流量的推求

[目的]基于GIS技术,推求小流域水环境容量控制单元的流量。[方法]采用ArcGIS9.0对清潩河进行水文分析,结合市控断面设置情况划分"水-陆"响应的控制单元;应用等值线图法、径流系数法和水文比拟法,推算控制单元的最枯月(90%保证率)汇水流量;综合考虑废水入河量和上游来水,计算各控制断面的最枯月流量,并取临颖高村桥断面计算值与2010年实测值进行对比。[结果]临颍验证结果表明,临颍高村桥断面最枯月流量计算值与2010年实测值分别为6.03、5.93 m3/s,相对误差为1.69%,说明推求结果合理。[结论]该控制单元划分方法合理,流量推求结果准确,能够满足水环境容量测算精度。     

豫北地区参考作物需水量计算方法比较与评价

[目的]比较豫北地区参考作物需水量的计算方法。[方法]利用新乡站点连续47年气象资料,采用Hargreaves公式和Priestley Taylor公式计算参考作物需水量,以Penman-Monteith公式计算结果作为对照,用统计学方法对Hargreaves公式和Priestley Taylor公式计算结果进行对比评价。[结果]Hargreaves公式和Priestley Taylor公式计算结果均与Penman-Monteith公式结算结果呈线性关系,相关系数分别为0.946 1和0.922 2,拟合度分别为98%和97%。[结论]在豫北地区可以用Hargreaves公式和Priestley Taylor公式代替Penman-Monteith公式计算参考作物需水量,并且Hargreaves公式比Priestley Taylor公式计算更精准。     

广州汛期暴雨频数和强度统计及周期分析

[目的]分析广州汛期暴雨的频数和强度及周期变化。[方法]利用1951～2010年广州市逐日降水资料,采用线性回归分析、相关分析、小波分析等方法,对近60年来广州市汛期暴雨的年际与年代际变化特征进行了分析,并分析了汛期暴雨与年平均温度的关系。[结果]近60年来,广州汛期暴雨量和暴雨日分别以6.23 mm/10a和0.27 d/10a的线性趋势增长,日数（雨量）最多的年份均为2001年,为15 d（1 085.7 mm）,最少年份没有暴雨（1990年）;广州汛期暴雨量和日数的年际变化均在近20年明显增多;前后汛期暴雨年代和年际变化均存在差异,前汛期趋势增多,后汛期趋势有微弱减少。广州汛期暴雨日数与年平均温度的正相关关系显著,相关系数为0.22,通过α=0.02的显著性水平检验。广州市前汛期暴雨总日数主要存在4.2年左右的年际和52.9年左右的年代际周期变化,后汛期主要存在5.5年左右的年际和18.4年左右的年代际周期变化。[结论]该研究为汛期降水预报提供科学依据。     

咸阳近50年暴雨气候特征分析

[目的]分析咸阳近50年暴雨的气候特征。[方法]采用咸阳市1960～2009年11个气象站降水观测资料,分析咸阳暴雨的气候分布特点。[结果]咸阳各县(市、区)暴雨年发生频次均不足1次,其中,西南部的武功暴雨日数居全市之冠,秦都站则最少;暴雨年际变化差异较大,呈少-多-少-多的趋势;暴雨出现在4～10月,其中,7～8月最多,大暴雨出现在5～9月;暴雨多历时短、强度大,以夜间型居多;咸阳暴雨以局地性最多,占总数的77%;暴雨多为单日出现,连续发生暴雨的几率很低。[结论]该研究为做好此类天气预报及趋利避害、防灾减灾奠定了基础。     

中卫“7.28”区域性暴雨成因分析

[目的]分析中卫市"7.28"区域性暴雨的成因。[方法]利用NCEP/NCAR再分析资料、Micaps常规资料,对2011年7月28日中卫市区域性暴雨天气成因进行分析。[结果]在"东高西低"环流形势下,200 hPa西风急流、500 hPa冷槽、700 hPa低涡和切变线的建立,以及850 hPa冷暖空气的快速交替和副热带高压的稳定北上,导致了此次暴雨天气的发生。暴雨落区位于高空急流的右侧,低空急流左侧,700 hPa切变线南侧。各物理量场的分析表明,暴雨区上空水汽条件、垂直运动、能量、涡度、散度及风场分布均有利于暴雨的产生。暴雨发生时,雷达回波主要表现为混合云降水回波,回波强度30～45 dBz,回波顶高7～8 km。[结论]该研究为以后中卫市的暴雨预报提供了一些经验及理论指导。     

GWDO参数化方案及地形对一次大别山暴雨的影响研究

[目的]研究GWDO参数化方案及地形对一次大别山暴雨的影响。[方法]利用NCEP/NCAR 1°×1°分析资料和常规、非常规的地面观测资料以及WRFV3.1.1版本非静力平衡中尺度模式,对发生在2008年6月21日05：00～14：00大别山地区的一次中尺度切变线暴雨过程进行了诊断分析和数值试验,控制试验中加入了地形重力波拖曳系数（GWDO）的参数化方案,通过敏感性试验分别讨论了GWDO参数化方案和地形对此次暴雨过程的影响。[结果]地形拖曳系数对暴雨的强度或落区有很好的改进作用,考虑或不考虑地形拖曳系数得到的结果存在很大的差异。加入该参数化方案后无论暴雨的强度或落区均较未加入之前好;没有拖曳系数时,切变线扰动强,重力波活动明显,降水在重力波明显区较强。大别山以及周围的地形对此次切变线降水也有重要的作用,当去除大别山地形时,切变线上的降水强度均有显著的增加,雨带西部增强最明显;当去除大别山东南部的地形时,东部降水有明显的增幅作用,地形不利于此次暴雨的加强。雨带上雨强的变化,不仅与地形有关,且与切变线上的扰动变化也有关。[结论]该研究为暴雨的预测预报提供理论依据。     

固原市中雨、大雨、暴雨相似预报系统的设计与实现

[目的]设计和推广固原市中雨、大雨、暴雨相似预报系统。[方法]采用C#.Net2005作为开发平台,基于MSSQLSERVER2005数据库系统,统计固原市自1960年以来逐年5～9月出现中雨、大雨、暴雨过程的高空环流形势,以500 hPa为主,700 hPa和地面形势为辅,分别计算500、700 hPa的相似离度,按照历史上出现过的最相似个例来类推预测今后将要出现的天气过程和天气现象。[结果]该系统设置非常人性化和模板化,系统设置仅需要一次设置即可,除非需要更改设置,系统运行一般不需要更改参数,系统会自动读入设好的参数,方便业务人员使用,同时也解决大量数据在一个字段存贮的难题。系统在设计的过程中考虑了推广应用问题,设计上具有通用性和可移植性。[结论]该系统弥补数值预报产品漏报中雨、大雨、暴雨的可能性。     

一次梅雨锋暴雨过程中陆面影响的数值模拟研究

[目的]数值模拟一次梅雨锋暴雨过程中的陆面影响。[方法]用耦合了NOAH陆面模块的中尺度大气非静力模式GRAPES-Meso,模拟了2005年7月6～8日江淮流域一次梅雨锋暴雨过程,通过有无陆面过程的敏感性试验,研究了陆面过程对梅雨锋暴雨的影响。[结果]耦合NOAH陆面过程后,GRAPES-Meso能模拟出梅雨锋降水和大气低层西南急流的日变化特征。陆面过程对降水启动、强度和分布的模拟都有改进,其中,对降水启动模拟的改进尤为明显,较好地改善了模式的spin-up问题。不考虑陆气交换,则模式的降水启动非常慢,模拟的降水强度演变与实况差异很大,且不能模拟出降水和西南急流的日变化特征。[结论]陆面过程对此次江淮梅雨过程有重要影响。     

黔西南州望谟县“6.06”特大暴雨过程中尺度分析

[目的]分析黔西南州望谟县"6.06"特大暴雨过程的成因。[方法]利用NCEP/NCAR的1°×1°再分析资料,FY-2E的红外云图TBB资料,地面七要素、两要素自动站资料,对2011年6月5日夜晚～6日08:00黔西南州望谟县上游地区特大暴雨发生发展的主要影响系统、各种物理量场的特征进行综合分析。[结果]此次暴雨天气过程是由850 hPa冷式切变线和地面辐合线提供的冷空气、副热带高压西北边缘的暖湿气流共同影响所致。MCS是直接造成此次特大暴雨的主要原因。中低层强盛的西南暖湿气流输送为此次暴雨提供了充足的水汽。850 hPa水汽通量散度辐合中心沿着地面辐合线自北向南移动影响黔西南州,且降雨落区与水汽通量和水汽通量辐合中心相对应,降雨强弱也与水汽通量和水汽通量辐合增强和减弱相对应。[结论]该研究为此类暴雨天气的预报提供了参考依据。     

沂蒙山区典型小流域次暴雨的氮磷输出特征

[目的]揭示暴雨条件下沂蒙山区的氮磷流失特征。[方法]以沂蒙山区沂河上游的孟良崮小流域为例,对2010年8月12日一场暴雨的径流及氮磷流失动态过程进行了监测分析。[结果]暴雨条件下产流迅速,降雨强度峰值出现于流量峰值之前;铵态氮(AN)和总氮(TN)浓度先变大后趋于稳定,硝态氮(NN)降雨初期无明显变化,后期逐渐变大并趋于稳定;水溶性无机磷(DOP)浓度呈锯齿状变化,水溶性有机磷(DIP)、水溶性全磷(DP)、颗粒态全磷(PP)和全磷(TP)浓度先变大后趋于稳定,浓度峰值出现于流量峰值之前;TN和TP输出浓度较大,远超过水体富营养化的标准。[结论]该研究可为沂蒙山区农业非点源污染的合理治理提供科学依据。     

“96.8”邯郸特大暴雨过程分析

[目的]分析"96.8"邯郸洪涝灾害的特大暴雨过程。[方法]利用1996年8月上旬的实况资料、卫星云图资料和NCEP再分析资料,对造成邯郸"96.8"洪涝灾害的特大暴雨过程进行了分析,了解此次洪涝灾害发生的原因。[结果]先后发展北上的2个中尺度对流云团造成了邯郸"96.8"特大暴雨;台风倒槽是引发的邯郸洪涝灾害的主要天气系统;低空急流在北上过程中,受副热带高压的阻挡,使水汽和能量在邯郸积聚,为特大暴雨的形成提供了物质基础;中纬短波槽的发展东移以及低层回流弱冷空气的不断入侵,是触发中尺度对流云团生成、发展,进而导致暴雨持续的直接原因;暴雨区上空湿层深厚,湿区的经向分布比纬向更宽广,暴雨区的水汽源地为南海和孟加拉湾。整个暴雨时段,暴雨区低层辐合、高层辐散,低层是正涡度、高层为负涡度,且降水强度随辐合、辐散的增减变化;暴雨区为强烈上升运动区,随上升运动强中心的加强向上抬升、强降水也增强,暴雨中心位于最大垂直速度中心附近,强降水随垂直上升运动的增强而增强、减弱而减弱。[结论]该研究为防灾减灾、决策服务提供科学依据。