| 题名 | 面向泥石流短临预报的降水监测方法 |
| 作者 | 史朝 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 韦方强 |
| 关键词 | 泥石流 规模 频率 危险性 地震 |
| 其他题名 | Rainfall observation method for short-term debris flow forecast |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 泥石流短临预警与预报是减轻地质灾害损失的一项重要非工程措施。本研究讨论了面向泥石流短临预报的降水监测方法所面临的关键挑战，对比分析了目前复杂地形下多普勒天气雷达与雨量计两种常用降水监测方法的优势与不足，设计了一系列在复杂地形条件下多普勒天气雷达数据质量控制算法，建立基于电波传播特性与数字高程数据（DEM）数据的地物回波模拟、遮挡订正以及混合扫描等规避地物影响的算法；形成了以“显著垂直反射率因子廓线”（AVPR）为基础的订正方法用于修正降雨落区的反射率因子；设计了基于距离和高度加权的雷达拼图以扩大雷达的观测范围；基于层性降水与对流性降水的识别进行了“雨强—反射率因子”（R-Z）关系估测及降雨量累积；为降低雷达估测场与真实降雨场的偏差，结合卡尔曼滤波器对雷达估测的雨量进行了偏差订正；将降水估测雨区分成了两种类型，分别评估了雷达估测降水量的精度；基于降水型泥石流的“雨强—持续时间”（I-D）经验模型，分析对比了分别由雷达与雨量计观测数据导出的I-D模型；在以上此基础上，进一步讨论分析了降水空间差异及观测误差对确定泥石流发生概率的影响；结合“连续性交叉相关跟踪”（COTREC）算法设计了复杂地形下雷达定量降水预报算法，并进行了效果验证；通过对泥石流灾害成因的分析，基于可拓学方法建立了中小尺度区域的泥石流短临预报模型，阐述了激发泥石流的静态和动态影响因子中各类数据的获取方法，建立了相应的物元模型，并结合多普勒天气雷达实时的雨量估测及外推的雨量预报，实现了面向潜势泥石流流域的可拓预报模型。本文选择了受汶川地震严重影响的强扰地带作为本文的研究区域，包含汶川县、理县、茂县、平武县、北川县、安县、绵竹市、都江堰市、彭州市、什邡市、宝兴县、芦山县以及绵阳市与江油市部分地区。震后每年汛期雨季，特别是6至8月份，该地区泥石流频发，地质灾害损失惨重。该区域内有成都与绵阳两部新一代多普勒天气雷达能够实现对该区域的观测覆盖，考虑到该地区内的雨量计布网密度差异较大，在开展雷达定向估测及预报降水的基础上，进一步分析降水空间差异与观测误差对确定泥石流发生概率的影响。并在此基础上，利用统计方法建立了该地区的泥石流短临预报的标准物元模型，确定了预报模型中的各类参数以及各参数的域值、节域和权重系数。基于可拓学模型并“地理信息系统”（GIS）技术研究设计了泥石流短临预报算法，并对2012~2014年6次降水过程进行了泥石流预报。通过以上研究,取得了如下研究成果：（1）建立了适应川西地区的雷达定量估测降水的质控算法与属地化参数，包括川西地区地物回波模拟，降水经验关系，以及雷达估测降水的外推预报。（2）分析了降水空间变化与观测误差对于确定泥石流发现概率的影响，评估了累积雨量（E）、持续时间（D）、平均雨强（I）三个与降水特征相关的因子与观测取样距离（降水观测取样点到泥石流发现位置之间的距离）的关系，三个因子随取样距离的相对变化关系呈现单调递增且指数小于1的幂律关系，10km范围内由于降水空间变化引起E、D、I三个因子的不确定性分别小于45%、43%、58%。这为泥石流成因预报建立雨量相关物元，确定阈值及权重提供了依据。（3）以该区域泥石流形成环境背景和泥石流灾害数据库为基础,利用可拓学方法确定了泥石流短临预报模型中的各参数,建立了基于潜势泥石流流域的泥石流短临预报模型。（4）将GIS技术与区域泥石流短临预报相结合，基于多普勒天气雷达估测与预报，建立了以雷达遥感技术为核心的泥石流短临预报应用模型，滚动预报保持与雷达时间分辨率一致，5~6分钟，预报时长为1h。对2012~2014年6次降水过程进行了泥石流预报的结果表明，该模型命中率最高为93%，最低空报率为31%。本研究创新点主要表现在以下几个方面：（1）开展了面向川西泥石流多发地区的雷达定量估测降水及质控算法研究，为泥石流短临预报提供高精度和高分辨率的定量估测及预报降水产品。（2）结合I-D模型，使用雷达及雨量计观测数据，研究分析了降水空间变化及观测误差对确定累积雨量、降水持续时间、平均雨强的潜在不确定性，并进一步使用雷达估测雨量结果建立了研究区域内的I-D经验关系。（3）将泥石流形成因素与可拓学模型相结合，研究建立了面向潜势泥石流流域的泥石流短临预报模型。并基于雷达的高时空分辨率优势，实现了泥石流短临预报的高频次滚动预报，滚动预报间隔以雷达定量估测及预报产品的更新时间（5~6分钟）为最小时间单元。本研究为今后进一步利用多参数天气雷达开展降雨型泥石流预报提供了一些依据和借鉴，有助于促进在减灾领域中更多地利用先进的大气探测技术和天气预报产品。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 134 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/24782]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地灾害与地表过程重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 史朝. 面向泥石流短临预报的降水监测方法[D]. 北京. 中国科学院大学. 2018. |
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