基于UMAP与HDBSCAN的北京市极端暴雨时空动态分布规律研究

极端暴雨具有历时短、雨强大、破坏性强等特点,是引发城市内涝的主要原因之一,探究其时空动态分布规律,有助于提高城市内涝风险精细化管理水平.本文以北京市2004-2016年308个气象站点的降雨资料为研究样本,利用UMAP降维算法和HDBSCAN聚类算法,构建了各类极端暴雨事件的时空动态分布模型.首次提取了北京市全域4类极端暴雨模式:模式1,暴雨集中在主城区,并围绕主城区缓慢移动;模式2,暴雨从西南山区途经主城区,向东北方向移动;模式3,暴雨自西部山区向主城区西北部扩散,最后向主城区北部方向移动;模式4,暴雨从西部山区途经主城区向东移动.研究结果表明,北京市极端暴雨的主要类型为短历时降雨过程,暴雨中心在空间上均存在从西向东移动的趋势.其中,主城区、东南山区以及南部平原地区面临相对更高的极端暴雨风险.各类极端暴雨的模式特征物理机制明确,其重构特征可以充分表征实际暴雨事件特性.研究成果可为北京市降雨设计、城市内涝风险管理等工作提供一定的参考.