Real‐time monitoring and estimation of the discharge of flash floods in a steep mountain catchment     

Guotao Zhang  Peng Cui  Yanzhou Yin  Dingzhu Liu  Wen Jin  Hao Wang  Yan Yan  Bazai Nazir Ahmed  Jiao Wang 《水文研究》2019,33(25):3195-3212

Synchronously and accurately estimating the flood discharges and dynamic changes in the fluid density is essential for hydraulic analysis and forecasting of flash floods, as well as for risk assessment. However, such information is rare for steep mountain catchments, especially in regions that are hotspots for earthquakes. Therefore, six hydrological monitoring sites were established in the main stream and tributaries of the 78.3‐km² Longxi River catchment, an affected region of the Wenchuan earthquake region in China. Direct real‐time monitoring equipment was installed to measure the flow depths, velocities, and fluid total pressures of the flood hydrographs. On the basis of field measurements, real‐time mean cross‐sectional velocities during the flood hydrographs could be derived from easily obtainable parameters: cross‐sectional maximum velocities and the calibrated dimensionless parameter K_h . Real‐time discharges were determined on the basis of a noncontact method to establish the effective rating curves of this mountainous stream, ranging from 1.46 to 386.34 m³/s with the root mean square errors of ≤10.22 m³/s. Compared with the traditional point‐velocity method and empirical Manning's formula, the proposed noncontact method was reliable and safe for monitoring whole flood hydrographs. Additionally, the real‐time fluid density during the flood hydrographs was calculated on the basis of the direct monitoring parameters for fluid total pressures and water depths. During the flood hydrograph, transient flow behaviour with higher fluid density generally occurred downstream during the flood peak periods when the flow was in the supercritical flow regime. The observed behaviour greatly increased the threat of damage to infrastructure and human life near the river. Thus, it is important to accurately estimate flood discharge and identify for fluid densities so that people at risk from an impending flash flood are given reliable, advanced warning.  相似文献   

东亚和西太平洋闪电时空尺度及光辐射能          下载免费PDF全文

尤金  郑栋  姚雯  孟青 《应用气象学报》2019,30(2):191-202

利用2002—2014年的TRMM/LIS（Tropical Rainfall Measuring Mission/lightning imaging sensor,热带测雨卫星/闪电成像仪）闪电观测数据分析了18°~36°N和70°~160°E范围内闪电尺度和光辐射能空间分布特征,并选取6个区域（区域1~6）,探讨09:00—14:00（地方时,下同）和18:00—次日06:00两个时段闪电上述属性的逐月变化和参数分布特征。研究指出:闪电空间尺度和光辐射能在深海最大,次之为近海和陆地,持续时间在中国东部近海最大,次之为深海和陆地。不同闪电属性大值分布区域差异明显,小值则分布在区域1和区域2。多数区域分析时段内闪电空间尺度和光辐射能的逐月变化趋势较一致,陆地上它们与闪电活动逐月变化的反向对应关系较明显。分析时段内闪电时空尺度和光辐射能均呈对数正态分布,陆地闪电各属性值比海洋闪电更向小值方向集中。在LIS观测性能较高的18:00—次日06:00,各区域内闪电持续时间中值为0.18~0.29 s,通道延展距离中值为12~21 km,光辐射能中值为0.11~0.52 J·m-2·sr-1·μm-1。分析时段内闪电空间尺度与光辐射能的相关性明显优于它们与持续时间的相关性。  相似文献   

不同天气类型短时强降水与地闪特征分析          下载免费PDF全文

周成  杨学斌  吕伟绮  王宁 《山东气象》2019,39(2):143-150

选取2006—2013年山东8次典型短时强降水（降水强度>20 mm·h-1）个例,并根据降水的天气尺度影响系统分为4种类型,利用山东区域ADTD型闪电定位仪资料,统计各类短时强降水与地闪相关性;结合地闪频数、密度分析地闪与短时强降水的雨强、出现时间、空间分布等特征的相关性。结果表明：1）各类强降水与不同范围地闪的相关性不同,与固定范围内地闪的时间、空间分布特征不同;其中负地闪占绝大多数,正闪比例小,负闪占比越大降水越强;站点周边30 km范围内地闪频数与降水相关性较好,低槽冷锋型强降水与地闪频数相关性最好,其次是低涡切变线型,黄淮气旋型短时强降水与地闪频数相关性差,热带气旋型强降水则与正闪相关性更好。2）地闪频数只对单次过程降水量变化有所指示,不能直接用来判别短时强降水,而地闪频数峰值对于短时强降水预报有一定指示意义;其中后倾型低槽冷锋、西北涡、西南涡型短时强降水地闪频数峰值对于预报短时强降水指示意义较强,冷切变和暖切变型指示意义较小,前倾型低槽冷锋、黄淮气旋、热带气旋型无明显指示意义。3）高地闪密度与短时强降水落区对应较好,但短时强降水并不一定会出现在高地闪密度中心区域;大部分短时强降水极值站高地闪密度中心对应;对于后倾型低槽冷锋、暖切变、西南涡型短时强降水,5次·（10 km）-2·h-1可作为预报参考阈值。  相似文献   

北京一次大雹天气过程的闪电活动特征分析     

郭润霞  张文龙 《气象与环境学报》2019,35(3):10-17

由于受闪电监测系统限制,已有研究多局限于强对流天气的地闪(cloud-to-ground lightning,CG)活动特征。本文利用VLF/LF三维闪电监测定位资料,结合雷达观测等资料对北京地区一次典型大雹天气过程的全闪活动特征进行了分析。结果表明:降雹发生前,闪电活动主要分布在对流系统的后部,闪电数较少,且以负地闪活动为主;降雹期间,闪电频数显著增加,云闪(intracloud lightning,IC)及正地闪活动明显加强,该阶段闪电活动主要集中在对流系统强回波中心及其前部雷达反射率因子梯度较大的区域;降雹结束之后,强回波中心基本移出北京,北京范围内的闪电频数明显减少。正闪比例在降雹发生前逐渐增大,在降雹期间稳定维持在较大值,降雹结束后迅速减小;云闪比(云闪频数/总闪频数)表现为降雹发生前和降雹结束后逐渐增大趋势,在降雹期间基本维持稳定少变。闪电的电流强度主要集中在5—50 kA之间,20 kA以下的低雷电流强度的云闪和地闪多发生在降雹期间及降雹结束后,而20 kA以上的高雷电流强度的云闪和地闪在降雹发生前占有很大比例,小于5 kA的云闪在大雹发生期间所占比例明显高于地闪。降雹发生前及降雹结束后云闪发生高度在2-6 km,降雹期间有所抬升,约为2-8km。闪电频数峰值超前于降水峰值5-20 min。  相似文献   

Investigating flash floods potential areas using ASCAT and TRMM satellites in the Western Cape Province,South Africa     

Tsitsi Bangira  Ben H.P. Maathuis  Timothy Dube  Tawanda W. Gara 《国际地球制图》2015,30(7):737-754

The aim of the study was to evaluate flash flood potential areas in the Western Cape Province of South Africa, by integrating remote sensing products of high rainfall intensity, antecedent soil moisture and topographic wetness index (TWI). Rainfall has high spatial and temporal variability, thus needs to be quantified at an area in real time from remote sensing techniques unlike from sparsely distributed, point gauge network measurements. Western Cape Province has high spatial variation in topography which results in major differences in received rainfall within areas not far from each other. Although high rainfall was considered as the major cause of flash flood, also other contributing factors such as topography and antecedent soil moisture were considered. Areas of high flash flood potential were found to be associated with high rainfall, antecedent precipitation and TWI. Although TRMM 3B42 was found to have better rainfall intensity accuracy, the product is not available in near real time but rather at a rolling archive of three months; therefore, Multi- sensor precipitation estimate rainfall estimates available in near real time are opted for flash flood events. Advanced Scatterometer (ASCAT) soil moisture observations were found to have a reasonable r value of 0.58 and relatively low MAE of 3.8 when validated with in situ soil moisture measurements. The results of this study underscore the importance of ASCAT and TRMM satellite datasets in mapping areas at risk of flooding.  相似文献   

平凉黄土高原地闪VHF辐射特征分析   总被引：3，自引：1，他引：2  

曹冬杰  张广庶  张彤  王彦辉 《高原气象》2008,27(2):365-372

利用亚微秒级时间分辨率的VHF辐射接收系统与快电场变化测量仪,对甘肃平凉黄土高原雷暴过程中地闪VHF辐射及相应电场变化特征进行了分析研究,发现负地闪回击前VHF辐射与快电场变化在时间上有很好的对应关系。回击前后300μs内的VHF辐射波形可以归纳为三种类型,90%的负地闪首次回击过程VHF辐射波形属于第三类,表现为连续脉冲贯穿回击过程,平均持续时间为600μs;同负地闪相比,正地闪回击过程产生的连续辐射持续时间较长。统计表明,负地闪首次回击过程辐射峰值出现在回击启动后10~100μs,算术平均值为45μs;继后回击启动后10~260μs辐射达到峰值,算术平均值为91μs。首次回击过程辐射峰值强度往往大于梯级先导过程,与回击主峰后主通道分支产生的电磁辐射较强有关。  相似文献   

060814山西省局地大暴雨的地闪特征分析   总被引：4，自引：1，他引：3  

苗爱梅  贾利冬  郭媛媛  李智才 《高原气象》2008,27(4)

利用闪电定位每分钟的实测资料和加密雨量站每分钟的雨量资料,对山西省2006年8月13~14日副热带高压东退南压过程中,产生的局地大暴雨过程的地闪特征进行了分析。结果表明:对流风暴中,负地闪出现在强度达40 dBz且与径向速度图的逆风区或附近正速度的大值区相重叠的区域内,正地闪出现在强度达30 dBz风暴后部的正速度小值区;混合性降水云系中,地闪出现在500 hPa 5880gpm与5840 gpm等高线所包围区域内的辐合带或逆风区,且正地闪靠近5840线一侧,负地闪靠近5880线一侧。局地地闪频数与雨强随时间的变化有很好的相关性,负地闪的出现及其频数的增加意味着影响该地区的对流风暴正在发展并向本地移来,地闪频数峰值的出现表示雨强峰值的迅速到来,正地闪的出现表示该对流风暴对本地区的影响即将结束。利用地闪频数峰值准确地预报强对流风暴产生的局地强降水只有30~45 min的提前量,而对于混合性强降水的预报则可有1~2 h的提前量;逆风区的水平尺度、垂直厚度、逆风区附近的正、负速度差值直接影响风暴降水的范围、强度和持续时间。  相似文献   

拉萨春季一次雷暴天气过程分析   总被引：1，自引：0，他引：1  

何晓红  林志强  罗布坚参  唐叔乙  次仁德吉 《气象》2009,35(5):55-60

利用拉萨多普勒天气雷达、闪电定位仪、欧洲中心500hPa分析场及常规观测等资料,对2008年4月27-28日发生在拉萨的雷暴天气的环境条件和雷达回波特征进行了综合分析.结果表明:这次雷暴过程是在乌拉尔山冷空气南下,加剧了高原低涡切变辐合上升运动的发展,大气层结极不稳定的条件下产生的;雷达径向速度图和VAD风廓线均显示出非常明显的低层暖平流结构、低空急流及垂直风切变特征;γ中尺度气旋式涡旋扰动与环境垂直风切变的相互作用,导致雷暴云发展,回波顶增高,40dBz回波顶高伸展到7.0km左右;CAPE值、垂直风切变、γ中尺度气旋性扰动以及低层暖平流对拉萨雷暴天气预警、预报具有指示意义,给出了拉萨雷暴天气预报思路与着眼点.  相似文献   

卫星观测的西南地区闪电的时空分布     

王义耕  刘洁  王介君  麦博儒  陈倩 《南京气象学院学报》2010,33(4):489-495

利用TRMM卫星上携带的闪电探测仪（LIS）所获取的10 a闪电资料（1998—2007年）对西南地区闪电活动的时空分布特征进行了分析。结果表明：该地区闪电次数的年差异较大,最多年份是最少年份的2倍多,闪电活动季节性特征非常明显,闪电主要集中在春末仲夏发生,呈现单峰值特征,4—8月是闪电高发期（约占全年总闪电活动的84.83%）。闪电活动的日变化表明,闪电峰值区集中在傍晚、午夜前后两个时段,闪电谷值区出现在09：00—12：00,夜雷暴多,这是与其他地区闪电日变化显著不同的地方。在对闪电次数进行了探测效率订正后,根据LIS注视时间,计算了闪电密度。西南地区闪电密度分布大体呈现：东部高,西部低;南部高,北部低。闪电密度较高、面积较大的高值中心位于中越交界的老山一带,非常明显的大片低发区主要位于西南西部地区。研究表明：西南地区闪电时空分布与当地的地形地势、水汽和地理环境条件等诸多因素有关。  相似文献   

首次回击具有双接地点的地闪光学和电学特征的个例分析   总被引：10，自引：4，他引：6  

孔祥贞  郄秀书  王才伟  张义军  王怀斌  张翠华 《高原气象》2003,22(3):259-267

利用成像率为1000幅／s的数字化高速摄像系统和时间分辨率为1μs的快、慢天线闪电电场变化测量仪在广州附近观测到一次首次回击具有两个接地点的负极性地闪。两个分支到达地面的时间间隔约为30μs;在发生回击R2时,其中一个分支的直窜先导发展成为企图先导。观测发现M一分量的发光要比梯级先导强;回击间的K一变化与云中的在击穿和通道的延伸有关,但不引起云地间通道的发光。光学和电场变化的同步观测证实了直窜一梯级先导的发展速度与前一次回击的时间间隔有关,较快的先导发展速度对应于较短的回击时间间隔,较慢的发展速度对应于较长的回击时间间隔。另外,本文在资料分析的基础上,提出了产生双接地点的四种可能原因。  相似文献