[發(fā)明專利]一種氣象站周邊積雪參數(shù)觀測與分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210653102.8
• 申請日: 2022-06-09
• 公開（公告）號: CN115728762A
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武勝利;張勇;張明偉;高浩;陳潔;郭徵
• 申請（專利權(quán)）人: 國家衛(wèi)星氣象中心（國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心）
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G01S13/95;G01C11/00;G01S19/42
• 代理公司: 成都宏田知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51337
• 代理人: 常利敏

1.一種氣象站周邊積雪參數(shù)觀測與分析方法，其特征在于，包括積雪剖線觀測、積雪剖面觀測和無人機觀測、觀測結(jié)果的匯總分析、積雪空間分布異質(zhì)性分析，具體為：

A、積雪剖線觀測：獲取積雪深度、雪水當(dāng)量、積雪粒徑等參數(shù)的空間分布特征，包括積雪深度剖線觀測與積雪深度、積雪雪水總量、積雪粒徑剖線觀測，所述積雪深度剖線觀測是更大限度地獲取積雪深度的空間分布狀況，所述積雪深度、積雪雪水總量、積雪粒徑剖線觀測是在積雪深度空間分布結(jié)果的基礎(chǔ)上，配合積雪雪水當(dāng)量、積雪粒徑的觀測，將結(jié)果推廣到25km尺度范圍；

B、積雪剖面觀測：包括剖面積雪密度、積雪含水量、分層情況，除明顯的自然分層需要增加觀測分層之外，其余情況從積雪頂層開始，每5cm進行一次積雪特性觀測，直到地表；

C、無人機觀測：使用無人機進行積雪覆蓋地表的航拍觀測，將每個區(qū)域航次所獲取的所有對地拍攝結(jié)果進行拼接，得到整體觀測結(jié)果，獲取DEM數(shù)字高程矩陣、DOM數(shù)字正射影象圖和DSM數(shù)字表面模型結(jié)果，實現(xiàn)從點到面的尺度轉(zhuǎn)換；

D、觀測結(jié)果的匯總分析：包括氣象站點周邊積雪空間分布異質(zhì)性分析與氣象站空間代表性分析：

所述氣象站點周邊積雪空間分布異質(zhì)性分析通過積雪深度、雪水當(dāng)量和積雪密度三個積雪參數(shù)，通過各積雪參數(shù)的空間分布標(biāo)準(zhǔn)差與觀測均值的比值來進行定量估算：

積雪深度空間異質(zhì)性指標(biāo)：SD_Het＝SD_Stdev/SD_Avg

積雪雪水當(dāng)量空間異質(zhì)性指標(biāo)：SWE_Het＝SWE_Stdev/SWE_Avg

積雪密度空間異質(zhì)性指標(biāo)：Den_Het＝Den_Stdev/Den_Avg

所述Het為積雪空間異質(zhì)性指數(shù)；

根據(jù)所述空間異質(zhì)性指標(biāo)結(jié)果：

對于積雪參數(shù)反演而言，需要針對所需反演的特定積雪參數(shù)去對積雪站點的空間代表性進行有針對性的評價，直接反演積雪深度，利用積雪密度查找表計算雪水當(dāng)量的算法，將氣象站點觀測積雪深度的空間代表性納入算法，利用站點積雪深度觀測結(jié)果的質(zhì)量標(biāo)識權(quán)重來對進入算法的站點數(shù)據(jù)進行評估和加權(quán)；

對于利用站點積雪密度數(shù)據(jù)進行同化的積雪雪水當(dāng)量算法而言，將氣象站點觀測的積雪密度空間代表性納入算法，利用站點積雪密度觀測結(jié)果的質(zhì)量標(biāo)識權(quán)重來對進入算法的站點觀測數(shù)據(jù)進行評估和加權(quán)；

所述權(quán)重通過地面觀測試驗獲取或通過與氣象站開展協(xié)作，通過日常空間加密觀測工作獲取；

氣象站空間代表性分析：對氣象站選址在積雪參數(shù)觀測方面的可靠性進行評估，氣象站點所在位置的觀測結(jié)果準(zhǔn)確地對積雪參數(shù)的大范圍分布平均值進行描述，包括三組指標(biāo)對氣象站積雪深度觀測數(shù)據(jù)進行評價：

積雪深度氣象站絕對偏差：SD_AbDe＝SD_Station-SD_Avg

積雪深度氣象站相對偏差：SD_ReDe＝(SD_Station-SD_Avg)/SD_Avg

積雪深度氣象站位置指數(shù)：

根據(jù)所述三組指標(biāo)對積雪深度觀測結(jié)果進行計算，根據(jù)計算結(jié)果，在實際的站點數(shù)據(jù)使用過程中，將站點周邊自然積雪狀態(tài)分布差異與站點空間代表性差異進行區(qū)分；

所述站點周邊自然積雪狀態(tài)分布差異重點考慮積雪算法發(fā)展中的混合像元問題；

所述站點空間代表性差異重點考慮積雪深度驗證中的精度問題；

E、積雪空間分布異質(zhì)性分析：

包括風(fēng)速、風(fēng)向?qū)Ψe雪再分布的影響以及對氣象站點積雪參數(shù)觀測結(jié)果空間代表性的影響；

從地面積雪剖面觀測的情況對風(fēng)速風(fēng)向影響積雪的情況進行分析，通過剖面的各層積雪密度高于站點周邊的積雪密度平均值，且沒有多數(shù)分層積雪顯示出的積雪密度隨深度增加而有增加趨勢的特征，說明該剖面雪層的積雪密度異常并非積雪自身重力造成，積雪含水量也沒有出現(xiàn)隨積雪深度增加而逐步增加的特點，以及通過剖面分層特征與其他積雪分層特征對比得到風(fēng)力吹雪影響積雪再分布；

通過各站點的風(fēng)速最大值和平均值與積雪參數(shù)的關(guān)系以及各站點風(fēng)向的固定性與積雪參數(shù)的關(guān)系分析得到風(fēng)速風(fēng)向影響積雪再分布，進而影響氣象站點積雪參數(shù)觀測結(jié)果空間代表性。