一种基于栅格累加的寒区融雪洪水预测预警方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于栅格累加的寒区融雪洪水预测预警方法，包括：基于地理位置信息获取相应的融雪模型数据参数，其中所述融雪模型数据参数包括DEM数据、LUCC数据、气象数据、土壤数据、积雪特征信息；设定融雪时间窗口，判断该时间窗口内雪层深度是否大于深度阈值，若是，则将雪层划分为上融雪层和下融雪层得到双雪层，若否，则所述雪层为单雪层；根据双雪层模型和/或单雪层模型计算每个融雪时间窗口的融雪量，将每个融雪时间窗口的融雪量求和后得到总融雪量；基于DEM数据、LUCC数据、气象数据、土壤数据和总融雪量得到汇流时间和汇流量，以根据所述汇流量进行洪水预测预警。本发明专利技术通过建立双层模型提升了计算精度，从而提高了预测准确度。确度。确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于栅格累加的寒区融雪洪水预测预警方法及系统


[0001]本专利技术属于水文资源领域，具体涉及一种基于栅格累加的寒区融雪洪水预测预警方法及系统。

技术介绍

[0002]分布式水文模型是解决流域生态水文和环境问题的有效途径。而融雪径流预报最有效的方法之一就是建立分布式融雪径流模型并进行实时预报。国外VIC、SWAT等模型由于流域尺度太大或采取经验方法计算等问题，对于融雪模块模拟还不够完善。此外，现有模型主要基于单层雪层进行预测，当雪层超过一定厚度时，现有的模型雪水量计算误差较大，使得在进行预报时准确度较低。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于栅格累加的寒区融雪洪水预测预警方法及系统。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0004]一种基于栅格累加的寒区融雪洪水预测预警方法，包括：
[0005]基于地理位置信息获取相应的融雪模型数据参数，其中所述融雪模型数据参数包括DEM数据、LUCC数据、气象数据、土壤数据、积雪特征信息；
[0006]设定融雪时间窗口，判断该时间窗口内雪层深度是否大于深度阈值，若是，则将雪层划分为上融雪层和下融雪层得到双雪层，若否，则所述雪层为单雪层；
[0007]根据双雪层模型和/或单雪层模型计算每个融雪时间窗口的融雪量，将每个融雪时间窗口的融雪量求和后得到总融雪量；
[0008]基于DEM数据、LUCC数据、气象数据、土壤数据和总融雪量得到汇流时间和汇流量，以根据所述汇流量进行洪水预测预警；
[0009]所述双雪层模型计算过程包括：
[0010]根据积雪特征信息构建双雪层雪盖水量平衡方程和能量平衡方程，所述雪盖水量平衡方程为：Q
all
＝Q
sr
+Q
lr
+Q
p
+Q
sh
+Q
lh
+Q
c
；所述能量平衡方程为W
top
＝P
snow
‑
E
snow
‑
F
s
，W
b
＝F
s
‑
INF
‑
F
b
；其中，Q
all
表示单位时间净输入雪表能量，Q
sr
表示短波净辐射，Q
lr
表示长波净辐射， Q
p
表示降水输入能量，Q
c
表示热通量(下层雪盖)，Q
sh
表示感热，Q
lh
表示潜热；W
top
表示上层积雪水变化量，W
b
表示下层积雪水变化量，E
snow
表示雪层蒸散发；P
snow
表示雪盖降雨量，INF表示下渗量，W
b
表示下层雪盖出流量，F
s
表示上层雪盖融化后渗入的下层水量，F
b
表示下层积雪融化后的出水量；
[0011]计算双雪层雪水流量，判断上融雪层融雪是否影响下融雪层，若是，则认为融雪水全部渗入下融雪层，继而计算下融雪层雪水流量，最后将上融雪层和下融雪层出流总量确定为雪层总出流量。
[0012]在一个具体实施方式中，Q
sr
＝(1
‑
ALB
s
)Q
sw
，其中，ALB
s
表示地表反照率；Q
sw
表示地面接收的短波辐射，当雪深阈值h大于0.1时，雪层完全阻挡太阳辐射，此时ALB
s
＝As；当h小
于0.1时，则雪层被太阳辐射透过，雪盖和土壤均对地表反照率产生影响， ALB
s
＝rALB
bg
+(1
‑
r)ALB
sonw
,ALB
bg
为裸地反照率，ALB
sonw
为雪表反照率。
[0013]在一个具体实施方式中，Q
p
＝ρ
w
C
w
(T
air
‑
273.16)P
r
+ρ
s
C
s
(T
air
‑ꢀ
273.16)P
s
，其中，ρ
w
为水的密度；C
w
为水的比热容；C
s
为雪的比热容；T
air
为空气温度(K)；ρ
s
为雪水当量；P
r
为降雨量。
[0014]在一个具体实施方式中，Q
lh
＝0.622h
γ
[E(T
s
)
‑
E(T
a
)]/D
dair
T
a
R
e
，
[0015][0016]其中，ρ
air
为大气密度，通过方程pv＝nRT可得标准大气压下ρ
air
＝1.293kg/m3；h
γ
＝2.834
×
106J/kg即雪升华潜热； E(T
a
)为空气水汽压；E(T
s
)为雪面水汽压；T
a
为空气温度(K)T
s
为雪层温度 (K)；D
dair
为干空气常数,赋值为287Jkg
‑
1K
‑
1。C
g
约为1.0
×
103J(大气比热)；R
e
为空气动力学阻力；φ为数据采集高度；ω为风速；Z
m
＝0.0002， Z
w
＝0.001即热量和水汽阻抗系数及动力阻抗系数。
[0017]在一个具体实施方式中，Q
con
＝S
fd
×
S
a
，其中，S
fd
为即积雪热通量密度(WM
‑
2)；S
a
为单元雪盖栅格面积；k
c
为积雪热传导系数 (WM
‑
1K
‑
1)；当雪层相对密度ρ小于0.156时，k
c
＝3.233ρ2‑
1.101ρ+ 0.138；当ρ不小于0.156时，k
c
＝0.234ρ2+0.023ρ，雪盖温度梯度(KM
‑
1) 表示为Δh为雪层高度差。
[0018]在一个具体实施方式中，其中，为土层温度梯度；k
g
为土层热传导系数；T
s
为雪盖下层温度；T
g
为深度为z2的下层土层温度。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于栅格累加的寒区融雪洪水预测预警方法，其特征在于，包括：基于地理位置信息获取相应的融雪模型数据参数，其中所述融雪模型数据参数包括DEM数据、LUCC数据、气象数据、土壤数据、积雪特征信息；设定融雪时间窗口，判断该时间窗口内雪层深度是否大于深度阈值，若是，则将雪层划分为上融雪层和下融雪层得到双雪层，若否，则所述雪层为单雪层；根据双雪层模型和/或单雪层模型计算每个融雪时间窗口的融雪量，将每个融雪时间窗口的融雪量求和后得到总融雪量；基于DEM数据、LUCC数据、气象数据、土壤数据和总融雪量得到汇流时间和汇流量，以根据所述汇流量进行洪水预测预警；所述双雪层模型计算过程包括：根据积雪特征信息构建双雪层雪盖水量平衡方程和能量平衡方程，所述雪盖水量平衡方程为：Q
all
＝Q
sr
+Q
lr
+Q
p
+Q
sh
+Q
lh
+Q
c
；所述能量平衡方程为W
top
＝P
snow
‑
E
snow
‑
F
s
，W
b
＝F
s
‑
INF
‑
F
b
；其中，Q
all
表示单位时间净输入雪表能量，Q
sr
表示短波净辐射，Q
lr
表示长波净辐射，Q
p
表示降水输入能量，Q
c
表示热通量(下层雪盖)，Q
sh
表示感热，Q
lh
表示潜热；W
top
表示上层积雪水变化量，W
b
表示下层积雪水变化量，E
snow
表示雪层蒸散发；P
snow
表示雪盖降雨量，INF表示下渗量，W
b
表示下层雪盖出流量，F
s
表示上层雪盖融化后渗入的下层水量，F
b
表示下层积雪融化后的出水量；计算双雪层雪水流量，判断上融雪层融雪是否影响下融雪层，若是，则认为融雪水全部渗入下融雪层，继而计算下融雪层雪水流量，最后将上融雪层和下融雪层出流总量确定为雪层总出流量。2.根据权利要求1所述的基于栅格累加的寒区融雪洪水预测预警方法，其特征在于，Q
sr
＝(1
‑
ALB
s
)Q
sw
，其中，ALB
s
表示地表反照率；Q
sw
表示地面接收的短波辐射，当雪深阈值h大于0.1时，雪层完全阻挡太阳辐射，此时ALB
s
＝As；当h小于0.1时，则雪层被太阳辐射透过，雪盖和土壤均对地表反照率产生影响，ALB
s
＝rALB
bg
+(1
‑
r)ALB
sonw
,ALB
bg
为裸地反照率，ALB
sonw
为雪表反照率。3.根据权利要求1所述的基于栅格累加的寒区融雪洪水预测预警方法，其特征在于，Q
p
＝ρ
w
C
w
(T
air
‑
273.16)P
r
+ρ
s
C
s
(T
air
‑
273.16)P
s
，其中，ρ
w
为水的密度；C
w
为水的比热容；C
s
为雪的比热容；T
air
为空气温度(K)；ρ
s
为雪水当量；P
r
为降雨量。4.根据权利要求1所述的基于栅格累加的寒区融雪洪水预测预警方法，其特征在于，Q
lh
＝0.622h
γ
[E(T
s
)
‑
E(T
a
)]/D
dair
T
a
R
e
，，其中，ρ
air
为大气密度，通过方程pv＝nRT可得标准大气压下ρ
air
＝1.293kg/m3；h
γ
＝2.834
×
106J/kg即雪升华潜热；E(T
a
)为空气水汽压；E(T
s
)为雪面水汽压；T
a
为空气温度(K)T
s
为雪层温度(K...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟现勇，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：