城市暴雨时空聚集性及城市化动力和热动力作用量化方法技术

本发明专利技术公开了城市暴雨时空聚集性及城市化动力和热动力作用量化方法。本发明专利技术在利用高分辨率土地利用覆盖数据进行城乡气象站点及区域动态识别的基础上，通过在时间上识别暴雨事件，空间上识别暴雨场，直观展示和量化城市地区暴雨的时空聚集性，同时通过对暴雨的动力和热动力分解，量化城市化对暴雨影响的动力及热动力作用。本发明专利技术考虑动态城市化过程，站点及区域的城乡分类更加可靠合理，适用不同区域城市化相关研究，从暴雨发生时空过程的角度，量化暴雨时空聚集性，将城市化影响暴雨的认识深入至降水过程的时空分配上，从动力和热动力的角度量化城市化的贡献，为更加细致准确地评估城市暴雨洪涝灾害影响和改进城市规划设计提供定量支撑。提供定量支撑。提供定量支撑。

【技术实现步骤摘要】
城市暴雨时空聚集性及城市化动力和热动力作用量化方法


[0001]本专利技术涉及大气科学领域，尤其涉及城市暴雨时空聚集性及城市化动力和热动力作用量化方法。

技术介绍

[0002]随着经济和人口的增长，人类活动对气候系统的影响越来越明显，城市化是人类发展过程中具有一定规模的复合型人类活动。城市扩张使区域不透水面积迅速增大，改变了城市水循环过程，导致极端降水事件增多。在城市化进展加快和全球气候变化的影响下，当前我国由暴雨引发的城市洪涝灾害频繁发生，不仅严重危害人们的生命健康及财产安全，同时也制约了城市地区的发展。
[0003]城市化的气象水文效应是当前的热点研究问题，到目前为止，经过大量的观测、模拟、分析研究，人们对于城市化导致降水变化的认识也不断深化。但在以往的研究方法中，在城乡站点及区域的识别的数据主要为站点位置、人口和夜间灯光等数据，且只采用某一年的数据对站点进行静态划分，导致在整个分析期间低估城市化的影响，同时存在很多不确定性。在降水指标选择及分析方法层面，现有指标方法更多关注于城市化对极端降水频率、强度及降水量的影响，而忽视了暴雨在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.城市暴雨时空聚集性及城市化动力和热动力作用量化方法，其特征在于：包括以下步骤：S101：数据采集；采集某一城市及周边区域土地利用覆盖数据、气象站点观测数据、气象卫星及遥感产品数据和气象再分析数据；S102：城乡站点及区域动态识别；利用逐年的土地利用覆盖数据，对每个气象观测站点和气象卫星遥感产品每个站点进行动态识别，对所有站点综合多年的识别结果，将其划分为乡村站、正在城市化站和已城市化站三类；S103：暴雨事件识别；基于站点小时降水观测序列，采用时间序列聚类方法对每个站点识别每年的降水事件，然后设置一定分位数阈值，提取小时降水峰值大于该阈值的降水事件为暴雨事件；S104：城市暴雨时间聚集性量化；计算各站点暴雨事件的小时降水峰值和过程降水总量变化趋势，进一步计算城乡暴雨事件的时间分布，通过对比分析城乡暴雨趋势及暴雨事件时间分布差异，并计算暴雨事件的小时降水峰值和过程降水总量随温度变化的尺度因子，以此量化城市化对暴雨趋势的贡献及暴雨的时间聚集性；S105：暴雨场识别；基于气象卫星遥感产品，依据步骤S103中的时间序列聚类方法，对每个站点识别降水事件，将降水事件扩展至一定空间半径范围内，形成降水空间场，然后设置一定分位数阈值，提取降水场中心位置降水峰值大于该阈值的降水场为暴雨场；S106：城市暴雨空间聚集性量化；将所有暴雨场按照其范围内城市化比例的大小，采用一定分位数阈值提取乡村暴雨场和城市暴雨场，分别拟合降水量随距离变化的衰减曲线，进一步利用所有暴雨场计算暴雨场各参数随城市化比例和温度的变化关系，预测不同城市化比例下暴雨衰减曲线，从而量化城市地区暴雨空间聚集性；S107：暴雨的城市化动力和热动力作用量化；利用基于冷凝公式推导的降水的动力和热动力公式，利用不同等压面的再分析数据，将暴雨分解为动力和热动力影响下的降水，通过计算动力和热动力降水随温度变化的尺度因子，量化城市化影响暴雨的动力和热动力作用。2.如权利要求1所述的城市暴雨时空聚集性及城市化动力和热动力作用量化方法，其特征在于：步骤S101中，所述土地利用覆盖数据为逐年的高分辨率数据；所述气象站点观测数据为小时观测数据，包括降水和近地面气温两个气象要素；所述气象卫星及遥感产品包括降水和近地面气温两个气象要素；所述气象再分析数据包括各等压面的温度和垂直速度。3.如权利要求1所述的城市暴雨时空聚集性及城市化动力和热动力作用量化方法，其特征在于：所述步骤S102中，城乡站点动态识别过程为：利用逐年的土地利用覆盖数据，在每一年对每个站点建立半径为km的圆形缓冲区，缓冲区范围内建筑用地比例大于一定阈值，则该站点在该年识别为城市站，否则为乡村站；若某一站点在所有年份均被识别为乡村站，则将该站点分类为乡村站，若某一站点在所有年份均被识别为城市站，则将该站点分类为已城市化站，除上述两类站点外，若某一站点有大于1年的年份被识别为城市站，则将该站点分类为正在城市化站，已城市化的站和正在城市化站被统称为城市站，并且根据r km范围内每年建筑用地面积的变化计算城市扩张速度；r为预设值。
4.如权利要求1所述的城市暴雨时空聚集性及城市化动力和热动力作用量化方法，其特征在于：步骤S103中，降水事件时间序列聚类识别规则为：定义小时降水量超过amm为有雨时，降水事件为一个连续的降水过程，一个降水事件中必须至少包含一个有雨时，且两个相邻的降水事件的应被至少为h小时的无雨期隔开；其中a，h均为预设值。5.如权利要求1所述的城市暴雨时空聚集性及城市化动力和热动力作用量化方法，其特征在于：步骤S104中，量化城市化对暴雨趋势的贡献的公式为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾西辉，余晓洁，李晨曦，孔冬冬，刘剑宇，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：