利用雨量記錄儀進行泥石流的預測
泥石流，是一種對人們危害很大的自然災害，每年都有因為泥石流造成人們死亡，因此，對于泥石流假如可以很好的預測，那么就可以減少很多不必要的死亡，雨量和泥石流的發(fā)生有很大的關系，下面給大家介紹一下利用雨量記錄儀進行泥石流的預測。
獲取誘發(fā)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(fā)生前14天的累積有效雨量。由于氣象站點大部分分布在城鎮(zhèn)所在地，并不能代表泥流發(fā)生點的雨量，所以需要進行泥石流點雨量的插值計算。就目前研究而言降水內(nèi)插方法可以分為幾何方法、統(tǒng)計方法、空間統(tǒng)計方法，函數(shù)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(nèi)插研究主要集中于3個方面：
1）利用相同的檢驗方法，對常用的內(nèi)插方法進行比較，研究適合特定區(qū)域的內(nèi)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(nèi)插精度；3）新內(nèi)插方法的應用，如神經(jīng)網(wǎng)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、克里金法、樣條函數(shù)法、DAYMET 法、Cressman 和 PRISM插值是相對成熟和精度相對較高的插值方法。然而，空間內(nèi)插方法并沒有普適性，必須對數(shù)據(jù)進行空間分析探索，根據(jù)數(shù)據(jù)的特點，選擇最優(yōu)的方法。具體應用中，只有對已知樣本數(shù)據(jù)進行變異性與相關性分析才能選出適當?shù)牟逯捣椒�。許多的研究工作都指出氣象站點密度可能是影響降水內(nèi)插精度的重要因素，但目前還缺乏該方面的系統(tǒng)研究，通常只側(cè)重利用經(jīng)驗公式來分析氣象站點密度與插值柵格分辨率間的關系。本文提取有時間記錄的泥石流災害定位信息，利用氣象部門最新的高密度氣象資料，研究風向風速儀對近期風速風向的氣象記錄，研究氣象站點密度的風速和風向?qū)δ嗍鳛暮c前期雨量插值的影響特征，以期為改善前期雨量計算研究區(qū)域為中國東南部地區(qū)（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(fā)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(qū)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(guī)氣象站點的3倍，東南地區(qū)的站點數(shù)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，對于每個采樣方案，都通過 IDW 插值方法產(chǎn)生 87 個泥石流災害點的雨量。對于每個泥石流災害點在5%-95%氣象站點密度下所內(nèi)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(nèi)插的雨量值轉(zhuǎn)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(nèi)插出來的相對于 100%站點密度下的降水值的變化。雨量比率值小于100%則表示內(nèi)插的雨量相對偏小，反之則相對偏大。
分位數(shù)統(tǒng)計方法常用于偏態(tài)分布的指標，非常適合用來對降水進行統(tǒng)計，百分位數(shù)屬于分位數(shù)的一種，本文將87個站點的雨量比率值按從小到大的順序排列，并計算相應的累計百分位，則某一百分位所對應的雨量比率值就稱為這一百分位的百分位數(shù)，第50百分位為中位數(shù)。百分位數(shù)提供了有關各數(shù)據(jù)項如何在最小值和最大值之間分布的信息，是用于衡量數(shù)據(jù)位置的量度，一般使用方框-盒須圖來表現(xiàn)百分位數(shù)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；反之，拉伸度越大表明包含的可能性越多，結果比較分散。當日雨量隨氣象站點密度變化的分布狀況提取泥石流災害點發(fā)生當日的氣象站點，在5-100%的范圍內(nèi)，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。對于每種采樣方案，都利用IDW 內(nèi)插方法計算87個泥石流災害點上的雨量值。對于每個泥石流災害點，有20 個不同采樣方案下的雨量內(nèi)插值，依次對應了氣象站點密度從5-100%過渡所內(nèi)插的雨量。針對每一種氣象站點密度下所內(nèi)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，然后利用分位數(shù)方法進行統(tǒng)計。
一些研究采用全國近700個站點數(shù)據(jù)進行降水內(nèi)插，相當于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(nèi)插，相當于本文的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(nèi)插，所得的雨量要比采用高密度料所內(nèi)插的雨量少約20%-40%。誘發(fā)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(qū)別：首先分位數(shù)介于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；其次是對于75%的分位數(shù)，在站點密度只有15%的情況下，仍然接近于90%；即使在站點密度只有5%的情況下，50%分位數(shù)仍然大于60%。進行站點密度和災害點前期有效雨量的擬合。50%分位數(shù)的統(tǒng)計模擬顯示：在氣象站點密度大于70%時，內(nèi)插的前期有效雨量均接近于100%，而當日雨量在氣象站點密度大于80%時才如此；在氣象站點密度大于40%時，內(nèi)插的前期有效雨量仍然接近90%，比100%的站點密度內(nèi)插的值僅少10%；在氣象站點密度大于20%時，內(nèi)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(nèi)插值也接近于60%，比當日雨量的內(nèi)插值要高30%�？梢钥闯�，隨著氣象站點密度從5-100%線性增加的過程中，內(nèi)插的地質(zhì)災害點的當日雨量和前期有效雨量都呈指數(shù)上升的趨勢；在氣象站點密度較低的情況下，內(nèi)插的降水值很低，且隨著站點密度增加，內(nèi)插值快速增加；當站點密度大于70%時，內(nèi)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天雨量的加權累計，相對于當日雨量的計算來講，在相同的內(nèi)插損失情況下，前期有效雨量的內(nèi)插可以容忍采用更低密度的氣象站點。反過來看，對于前期有效雨量的內(nèi)插，當采用比較稀疏的站點時，也可以達到較高的插值精度。但總體上看，氣象站點密度越小，內(nèi)插的泥石流災害點的雨量越低。
