中国暴雨多属性指标的时空演变规律及其对城市化的响应研究

In the context of global environmental change, the frequency of heavy rainfall and floods increase significantly, which has brought a major challenge to current socio-economic development. Based on the study of the spatiotemporal pattern change of different scales and different types heavy rainfall and its influencing factors, can reveal the influence of natural and human factors on the temporal and spatial change of heavy rainfall to some extent, which has become an important issue raising common concerns from the communities of both extreme weather event diagnosis research and disaster risk management. This project, heavy rainfall is taken as the research object, and the different types of heavy rainfall are obtained by the heavy rainfall duration. The spatial and temporal patterns of different types of heavy rainfall on the multi-level scale were analyzed. The effects of natural factors and human activities on heavy rainfall were determined by measuring the contribution rates of natural and human factors on different scales. On this basis, the influence of urbanization process on heavy rainfall is further determined by various methods. This project can provide a scientific reference for the measures to extreme weather events research and reduce urban waterlogging losses, and will show great practical significance in guaranteeing the sustainable development of the society.

在全球环境变化背景下，暴雨洪涝灾害事件频发，成为当前社会经济发展的重要挑战。基于不同尺度不同类型的暴雨时空变化格局及其影响因子的研究，在一定程度上可以揭示自然和人文因子对暴雨时空变化的影响，是当前极端天气事件诊断研究和灾害风险管理共同关注的重要课题。本项目以暴雨为研究对象，通过暴雨持续日数，获取不同类型的暴雨，从而诊断不同类型暴雨在多级尺度上的时空变化格局；通过诊断不同尺度上不同类型暴雨的自然和人文影响因子的贡献率，来厘定自然因素和人类活动对暴雨的影响。在此基础上，通过多种方法进一步定量厘定城市化进程对暴雨的影响大小。项目研究可为极端天气事件变化研究及减少城市内涝损失提供科学参考，对保障我国社会经济可持续发展有着重要的现实意义。

气候变化和快速城市化背景下城市暴雨洪涝事件频发多发重发，造成了严重的人员伤亡和财产损失，同时也给城市高质量可持续发展带来了严重挑战。本项目以暴雨为研究对象，系统诊断了中国暴雨多属性指标的时空演变规律特征，并从自然和人文因素方面对比分析了城市化在暴雨时空演变中的潜在影响。首先基于文献调研对中国暴雨的阈值、方法、时空格局和影响因素进行了全方面的总结和梳理。其次系统诊断了中国暴雨的多属性指标的时空格局变化。从暴雨总量、频次、强度、持续时间和对总降雨的贡献率等角度研究了中国暴雨的时空演变规律，结果发现中国暴雨多属性指标在时序上不断增多增强，在空间上呈现出“东南高-西北低”的空间分异特征，且随年代推移有从东南沿海向内陆地区推移的趋势。再次，从统计诊断的角度，分析了多种海气环流因子和人文因素对中国暴雨的潜在影响，结果发现城市化已在很大程度上影响了中国夏季极端降水的阈值和强度，进而对其空间分异特征产生了显著作用。城市化使得中国夏季极端降水阈值提高了1.68%，同时夏季极端降水的平均强度与城市化水平有很显著的线性正相关关系，即城市化水平越高对应的极端降水的平均强度也越大，城市化使得极端降水强度增加了0.62%。城市化已经对中国极端降水产生不同程度的影响，增大了极端降水的风险。最后，本项目从模式上初步模拟了土地利用变化对北京市两场典型暴雨的影响。在北京地区暴雨过程的模拟中，当使用与实际情况更为接近的土地利用数据作为WRF模式的初始驱动值和边界值时，暴雨过程的模拟结果更为准确。在模式模拟中发现当城市发展后，土地利用发生变化，尤其是不透水层增多触发了暴雨的增多增强，也即说明了城市化进程触发了区域暴雨的增多增强。本项目研究对于理解区域暴雨时空演变规律和城市化影响具有重要价值，同时也有助于为防灾减灾与极端天气气候风险的应对提供支撑。