利用雨量記錄儀進行泥石流的預測
nishiliu,shiyizhongduirenmenweihaihendadeziranzaihai,meiniandouyouyinweinishiliuzaochengrenmensiwang,yinci,duiyunishiliujiarukeyihenhaodeyuce,namejiukeyijianshaohenduobubiyaodesiwang,yulianghenishiliudefashengyouhendadeguanxi,xiamiangeidajiajieshaoyixialiyong雨量記錄儀進行泥石流的預測。
獲取誘發泥石流災害的前期雨量是開展泥石流災害預測、預報和預警等工作的前提。前期雨量可以分為前期有效雨量和當日雨量,前者一般指泥石流發生前14天(tian)的(de)累(lei)積(ji)有(you)效(xiao)雨(yu)量(liang)。由(you)於(yu)氣(qi)象(xiang)站(zhan)點(dian)大(da)部(bu)分(fen)分(fen)布(bu)在(zai)城(cheng)鎮(zhen)所(suo)在(zai)地(di),並(bing)不(bu)能(neng)代(dai)表(biao)泥(ni)流(liu)發(fa)生(sheng)點(dian)的(de)雨(yu)量(liang),所(suo)以(yi)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)泥(ni)石(shi)流(liu)點(dian)雨(yu)量(liang)的(de)插(cha)值(zhi)計(ji)算(suan)。就(jiu)目(mu)前(qian)研(yan)究(jiu)而(er)言(yan)降(jiang)水(shui)內(nei)插(cha)方(fang)法(fa)可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)幾(ji)何(he)方(fang)法(fa)、統計方法、空間統計方法,函數方法、隨機模擬方法、物理模型模擬方法和綜合方法。目前降水內插研究主要集中於3個方麵:
1)利用相同的檢驗方法,對常用的內插方法進行比較,研究適合特定區域的內插方法;檢驗的方法一般有平均誤差(ME)、平均絕對誤差(MAE)、平均誤差均方根(RMSIE);2)針對某種插值方法,研究利用高程、坡向、地理位置等因素提高內插精度;3)新內插方法的應用,如神經網絡法、逐步插值方法、萬有引力法等。
從目前的研究來看,反距離加權、克裏金法、樣條函數法、DAYMET 法、Cressman 和 PRISMchazhishixiangduichengshuhejingduxiangduijiaogaodechazhifangfa。raner,kongjianneichafangfabingmeiyoupushixing,bixuduishujujinxingkongjianfenxitansuo,genjushujudetedian,xuanzezuiyoudefangfa。jutiyingyongzhong,zhiyouduiyizhiyangbenshujujinxingbianyixingyuxiangguanxingfenxicainengxuanchushidangdechazhifangfa。xuduodeyanjiugongzuodouzhichuqixiangzhandianmidukenengshiyingxiangjiangshuineichajingdudezhongyaoyinsu,danmuqianhaiquefagaifangmiandexitongyanjiu,tongchangzhicezhongliyongjingyangongshilaifenxiqixiangzhandianmiduyuchazhizhagefenbianlvjiandeguanxi。benwentiquyoushijianjiludenishiliuzaihaidingweixinxi,liyongqixiangbumenzuixindegaomiduqixiangziliao,yanjiu風向風速儀對(dui)近(jin)期(qi)風(feng)速(su)風(feng)向(xiang)的(de)氣(qi)象(xiang)記(ji)錄(lu),研(yan)究(jiu)氣(qi)象(xiang)站(zhan)點(dian)密(mi)度(du)的(de)風(feng)速(su)和(he)風(feng)向(xiang)對(dui)泥(ni)石(shi)流(liu)災(zai)害(hai)點(dian)前(qian)期(qi)雨(yu)量(liang)插(cha)值(zhi)的(de)影(ying)響(xiang)特(te)征(zheng),以(yi)期(qi)為(wei)改(gai)善(shan)前(qian)期(qi)雨(yu)量(liang)計(ji)算(suan)研(yan)究(jiu)區(qu)域(yu)為(wei)中(zhong)國(guo)東(dong)南(nan)部(bu)地(di)區(qu)(包括浙江、福建和廣東省),泥石流災害點和氣象站點的位置。泥石流災害發生的時段為1981-2008 年,共87個有確切時間和位置的泥石流災害點資料,相應地提取了該地區1981-2008 年的高密度氣象資料。高密度氣象資料共有2412個站點,分布密度是常規氣象站點的3倍,東南地區的站點數為207個。
利用GIS 空間采樣方法,在5-100%之間按 5%遞增的氣象站點密度進行隨機采樣,對於每個采樣方案,都通過 IDW 插值方法產生 87 個泥石流災害點的雨量。對於每個泥石流災害點在5%-95%氣象站點密度下所內插的雨量值,除以100%氣象站點密度采樣比率下的雨量值,將內插的雨量值轉換成雨量比率。雨量比率值的大小,反映了在某一站點密度下內插出來的相對於 100%站點密度下的降水值的變化。雨量比率值小於100%則表示內插的雨量相對偏小,反之則相對偏大。
分位數統計方法常用於偏態分布的指標,非常適合用來對降水進行統計,百分位數屬於分位數的一種,本文將87個(ge)站(zhan)點(dian)的(de)雨(yu)量(liang)比(bi)率(lv)值(zhi)按(an)從(cong)小(xiao)到(dao)大(da)的(de)順(shun)序(xu)排(pai)列(lie),並(bing)計(ji)算(suan)相(xiang)應(ying)的(de)累(lei)計(ji)百(bai)分(fen)位(wei),則(ze)某(mou)一(yi)百(bai)分(fen)位(wei)所(suo)對(dui)應(ying)的(de)雨(yu)量(liang)比(bi)率(lv)值(zhi)就(jiu)稱(cheng)為(wei)這(zhe)一(yi)百(bai)分(fen)位(wei)的(de)百(bai)分(fen)位(wei)數(shu),第(di)50百分位為中位數。百分位數提供了有關各數據項如何在最小值和最大值之間分布的信息,是用於衡量數據位置的量度,一般使用方框-盒須圖來表現百分位數分析結果,方框-盒須圖的拉伸度越小表示包含的可能性越少,雨量比率相對集中;反(fan)之(zhi),拉(la)伸(shen)度(du)越(yue)大(da)表(biao)明(ming)包(bao)含(han)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)越(yue)多(duo),結(jie)果(guo)比(bi)較(jiao)分(fen)散(san)。當(dang)日(ri)雨(yu)量(liang)隨(sui)氣(qi)象(xiang)站(zhan)點(dian)密(mi)度(du)變(bian)化(hua)的(de)分(fen)布(bu)狀(zhuang)況(kuang)提(ti)取(qu)泥(ni)石(shi)流(liu)災(zai)害(hai)點(dian)發(fa)生(sheng)當(dang)日(ri)的(de)氣(qi)象(xiang)站(zhan)點(dian),在(zai)5-100%的範圍內,以5%遞增的方式進行氣象站點隨機采樣,共有20 種采樣方案。對於每種采樣方案,都利用IDW 內插方法計算87個泥石流災害點上的雨量值。對於每個泥石流災害點,有20 個不同采樣方案下的雨量內插值,依次對應了氣象站點密度從5-100%過渡所內插的雨量。針對每一種氣象站點密度下所內插的87個雨量值,用100%采樣比率下計算的雨量值進行歸一化,然後利用分位數方法進行統計。
一些研究采用全國近700個站點數據進行降水內插,相當於本文氣象站點密度為30%的水平;也研究利用全國分布的360多個氣象站進行降水內插,相當於本文的15%的水平。采用這2 種站點密度進行當日泥石流災害點雨量的內插,所得的雨量要比采用高密度料所內插的雨量少約20%-40%。誘發泥石流災害的前期有效雨量與當日雨量具有相似的分布特征,但在幅度上有很大區別:首先分位數介於0-100%之間、25-75%之間所計算的災害點有效雨量差值變化幅度減少,結果更加平滑;其次是對於75%的分位數,在站點密度隻有15%的情況下,仍然接近於90%;即使在站點密度隻有5%的情況下,50%分位數仍然大於60%。進行站點密度和災害點前期有效雨量的擬合。50%分位數的統計模擬顯示:在氣象站點密度大於70%時,內插的前期有效雨量均接近於100%,而當日雨量在氣象站點密度大於80%時才如此;在氣象站點密度大於40%時,內插的前期有效雨量仍然接近90%,比100%的站點密度內插的值僅少10%;在氣象站點密度大於20%時,內插的前期有效雨量仍然接近80%;而且,在氣象站點密度為非常低的5%時,前期有效雨量的內插值也接近於60%,比當日雨量的內插值要高30%。可以看出,隨著氣象站點密度從5-100%線性增加的過程中,內插的地質災害點的當日雨量和前期有效雨量都呈指數上升的趨勢;在氣象站點密度較低的情況下,內插的降水值很低,且隨著站點密度增加,內插值快速增加;當站點密度大於70%時,內插的當日雨量和前期有效雨量增加的趨勢較為緩和。計算的泥石流災害點前期有效雨量是14天tian雨yu量liang的de加jia權quan累lei計ji,相xiang對dui於yu當dang日ri雨yu量liang的de計ji算suan來lai講jiang,在zai相xiang同tong的de內nei插cha損sun失shi情qing況kuang下xia,前qian期qi有you效xiao雨yu量liang的de內nei插cha可ke以yi容rong忍ren采cai用yong更geng低di密mi度du的de氣qi象xiang站zhan點dian。反fan過guo來lai看kan,對dui於yu前qian期qi有you效xiao雨yu量liang的de內nei插cha,當dang采cai用yong比bi較jiao稀xi疏shu的de站zhan點dian時shi,也ye可ke以yi達da到dao較jiao高gao的de插cha值zhi精jing度du。但dan總zong體ti上shang看kan,氣qi象xiang站zhan點dian密mi度du越yue小xiao,內nei插cha的de泥ni石shi流liu災zai害hai點dian的de雨yu量liang越yue低di。



