[发明专利]一种降水预警方法及其在地质灾害中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种降水预警方法，特别是涉及一种利用地基GPS(Global Positioning System，全球定位系统)数据反演的大气可降水量(Precipitable Water Vapor，简称PWV)与实际降水相结合进行降水预警的方法，及其在山洪、泥石流、滑坡等暴雨型地质灾害中的应用。

背景技术

降水作为大气最活跃的要素，在各种时空尺度的大气过程中均扮演着重要的角色。当前，降水监测和预报大致可分为卫星监测、雷达监测、雨量站监测和数值预报等四类。在上述监测方法中，卫星监测主要依赖于星载传感器反演降水，并且依据传感器的不同大致分为可见光/红外、被动微波、主动微波(雷达)以及多传感器联合等4种类型，多用于大区域降水分布监测，但在短历时、小尺度的降水监测上则具有较大误差；雷达监测主要通过Z-I关系定量确定降水量，能较好地反应降水的空间不均匀性，其中Z-I关系的确定主要依赖于雨滴谱，但受雨滴谱的不确定性和局地地形影响，雷达难以有效地反映局地尤其是小尺度下的降水特征；雨量站监测则一般作为降水真值使用，受站点布设限制，雨量站监测难以满足小尺度监测需求。而在降水预报方面，数值预报则以大气运动基本方程组为基础进行预报，并且随着探测手段的进步，数值预报对常与暴雨、雷雨等剧烈天气过程相联系的中小尺度天气系统的预报有了进一步的认识和提高，但是由于现有的探测手段仍难以满足小尺度过程的监测需要，这就使得关于小尺度的大气运动方程存在有一定的问题，造成数值预报在小尺度范围的准确率较低。此外，随着我国雷达网的初步建成和雨量站网的密度逐步提高，雷达联合雨量计估测降水集成系统亦逐渐成为降水预报的主要方法之一。可以说上述手段在分析大、中尺度的天气过程和降水预报方面提供了不同尺度上的技术支撑。但与此同时，对山区诱发山洪、泥石流等地质灾害的小流域(范围)局地暴雨的监测和预报方面，现有的技术手段在降水的监测预警的空间精度、时效以及降水量的大小等方面与实际的减灾需求仍存在一定的差距。

另一方面，考虑到大气中的水汽含量对于降水的发生有着极好的指示意义，将水汽值引入降水预报中已成为提高其精度的技术手段之一。当前对于水汽的探测主要以无线电探空仪探测，卫星遥感和地基GPS信号反演为主。其中无线电探空仪是探测大气水汽含量最常用的工具，通过施放探空气球收集水汽所需数据，其值通常作为大气水汽的真值，但在实际应用中，该方法成本较高且难以分辨水汽的时空变化；卫星遥感通过卫星上的红外辐射计和微波辐射计探测水汽，但受垂直分辨率限制，该方法亦无法满足小时空尺度的降水监测和预警需求；随着GPS技术的快速发展，利用地基GPS信号延迟解算水汽已逐渐成为水汽研究的主要数据来源之一。地基GPS技术相比水汽常规方法而言，具有高时空分辨率、高精度、全天候、近实时等诸多优点，为小时空尺度的水汽研究提供了有益的数据支持。目前，大量的研究已表明利用地基GPS反演水汽不仅能够获得测站上空的水汽发展情况，通过GPS测站网还能得到区域三维水汽时空分布特征；并且随着水汽应用于降水预报中，其预报精度有一定程度的提高。地基GPS技术为水汽提供了高时空精度的监测数据，但在水汽与降水的关系探讨上尤其是在定量关系上仍无准确定论，基于小流域的水汽-降水关系探讨更是近乎空白。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种利用地基GPS数据反演水汽与雨量站数据相结合的降水预警方法，能够实现小流域、高准确率的降水预警，并结合开展山洪、泥石流、滑坡等暴雨型地质灾害的预警报工作。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明提出的降水预警方法，其技术思想是：利用地基GPS数据反演的大气可降水量(简称PWV)与降水数据进行对比，考虑到PWV的积累在发生降水过程中的作用，找出PWV转化为有效降水发生的幂函数规律，并将该规律引入降水预警中作为形成有效降水的临界阈值，从而提高降水预报准确率。具体而言，本发明的降水预警方法步骤如下：

(一)获取拟进行降水预警的流域内的地基GPS数据和雨量数据。