可能最大降水估算研究及应用示范

摘要

可能最大降水(Probable Maximum Precipitation，PMP)是为重大水利工程安全设计和重要滨河与滨海城市的防洪规划服务的。PMP不是纯理论研究课题，而是理工兼有、以工为主，属于应用学科;但凡研究极值的课题都是很难的，若又要求指导实用，就更加困难。从理论上来说，PMP的科学问题是:对于自然界中极值降水事件，研究如何在“可能”的条件下达到“最大”，即同时满足“可能”和“最大”;从实用的观点来说，PMP估算研究的目的是:总结归纳一套合理、有效、操作性强的应用技术和方法，推广到生产实际中，弥补我国在这项研究和应用领域的空白。PMP的研究思路是:在现代气候条件下，对于已经出现的历史特大暴雨，研究其产生的各个环节、各种因素，分析有可能导致其更严重的自然背景和条件，然后估算其在给定时段、给定地点达到最大时的场景。进一步的思考:在全球气候变化的背景下，这种可能最大降水事件的发展趋势是什么？PMP的研究手段主要是成因分析(水文气象途径)，辅以统计估算。 滑坡(山泥倾泻)是香港最严重的自然灾害，造成滑坡的降水既可能是短历时强降雨，也可能是基于前期的累积(有效)雨量。因此香港整个城市的斜坡防治工程建设的暴雨设计标准和滑坡风险评估，需要建立以短历时4小时为代表和长历时24小时为代表的系统的PMP估算成果作为最高标准。在气候变化背景下，极端降雨频发，因此，尽管PMP不考虑气候变化，但是也有必要探讨气候变化对PMP可能产生的影响。 本文选取了改进后的统计估算法、水汽放大法、基于分时段地形增强因子法的暴雨移置法和时面深曲线法，利用香港和台湾历史雨量资料、实测大暴雨资料和露点资料全面系统地估算了香港24/4小时PMP，并经过比较和合理性分析之后得到香港24/4小时PMP最新估算成果，应用于滑坡风险评估。最后以影响PMP估计值因素之一的可降水量和新定义的C-PMP(Cumulation PMP)和S-PMP(Slide PMP)，初步讨论气候变化对香港24小时PMP可能产生的影响。 全文有以下主要结论: (1)采用两个与站点序列长度有关的约束条件改进的统计估算法，排除了不符合条件的站点，减少了统计量Km的误差，同时增加了统计参数的地区综合，使得PMP估计值更加合理。改进的统计估算法计算简单方便，能快速得到点估计值，其结果一般做为参考。分析计算表明，统计估算法非常依赖数据序列本身是否含有特大值以及序列长度。 (2)分时段地形增强因子法能够把“莫拉克”台风暴雨和“卡玫基”台风暴雨定量地分割为辐合雨分量和地形雨分量两部分并推求出这两个分量的空间分布形态，分析计算发现，阿里山地区的山脉对“莫拉克”台风24小时暴雨的增幅作用达到了45％，对“卡玫基”台风4小时暴雨的增幅为24％。进一步分析，由此概化得到的24/4小时辐合雨模型可以移置到香港地区估算24/4小时PMP。 (3)用改进的统计估算法得到的香港24/4小时PMP分别是1，753mm和558.5mm，基于分时段地形增强因子法的暴雨移置法得到的24/4小时PMP最大值为1，502mm和718mm，时面深曲线法得到的24/4小时PMP最大值为1，358mm和534mm。在全面检查基本资料和计算过程中各个环节的处理并合理性分析比较后，把基于分时段地形增强因子法的暴雨移置法得到的24/4小时PMP确定为香港地区24/4小时PMP估算成果。 (4)把香港24/4小时PMP估算成果实际应用于香港滑坡风险评估时，中心位置选择在香港城市的中心香港岛，分别取24/4小时PMP估算成果70％和66％的降雨量，最大值为1，051mm和474mm。 (5)近50年来，香港持续12小时最大露点并无明显变化，导致依据假绝热法计算得到的香港地区上空可降水量也无明显变化。自1914年以来，香港的的年最大24小时降雨量一直没有改变，但是24小时C-PMP在减小，而24小时S-PMP则受到气候变化导致的不同时期极端降雨事件的影响而变化，尚无法明确判断香港的PMP是否随着气候的变化会有统计意义上的明显变化。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究目的和意义

1．2国内外研究进展

1．3存在的问题及本文主要研究内容

第二章研究区域、数据及方法

2．1研究区域

2．2研究数据

2．3研究方法

3．1引言

3．2统计估算法的改进

3．3 24／4小时PMP统计估算结果

3．4不确定性讨论

3．5小结

4．1引言

4．2暴雨移置条件分析

4．3 24／4小时PMP初步估计值

4．4 24／4小时PMP移置调整

4．5暴雨移置的不确定性研究

4．6小结

第五章时面深结果分析

5．1引言

5．2 24／4小时典型暴雨面深的结果分析

5．3水汽调整

5．4与历史时面深估算成果比较

5．5小结

第六章24／4小时PMP估算成果的应用

6．1引言

6．2 24／4小时PMP估算结果的选定

6．3 24／4小时PMP估算成果合理性分析

6．4应用于滑坡风险评估的24／4小时PMP面深关系

6．5小结

第七章气候变化对香港24小时PMP影响分析

7．1引言

7．2香港年平均气温、降雨的变化

7．3孟加拉湾和南海海温、香港地面持续12小时最大露点的变化

7．4气候变化对统计估算24小时PMP影响分析

7．5小结

第八章总结和展望

8．1主要结论

8．2创新与特色

8．3展望

参考文献

附表

致谢

作者简介