李云 張瑩 許金萍 楊聃 蔣曉梅

摘要：通過對(duì)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“菲特”影響期間安吉縣地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警算法本地化改進(jìn)、插值方法對(duì)比、站點(diǎn)密度影響等方面研究，探索分析了安吉縣地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的本地化與插值方法優(yōu)劣。對(duì)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警公式本地化，選擇克里金插值、多項(xiàng)式回歸、改進(jìn)謝別德等8種插值方法對(duì)24站逐時(shí)降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化處理并進(jìn)行了對(duì)比分析，擇優(yōu)選擇2個(gè)插值方法對(duì)不同站點(diǎn)密度進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明;“菲特”影響期間，安吉縣的地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)整體是階梯式先升后降;對(duì)比降水量變化，有明顯的滯后性，滯后2～4 d;同時(shí)受短時(shí)雨量變化影響大，尤其是小時(shí)雨強(qiáng)超過30 mm！改進(jìn)謝別德方法“表現(xiàn)”較好，與實(shí)際等級(jí)最為符合。站點(diǎn)密度對(duì)克里金插值影響變化不大，未出現(xiàn)漏報(bào)現(xiàn)象;改進(jìn)謝別德方法站點(diǎn)密度對(duì)其影響還是比較明顯的。

關(guān)鍵詞：插值方法;地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警;本地化算法

中圖分類號(hào)：P694 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）20-0010-04

1引言

安吉縣是浙江省典型的山區(qū)縣，山地面積約21606.67 hm²，占全縣土地總面積11.5%，主要分布在東部、西部和南部，海拔大多在500～800 m之間，其中龍王山海拔達(dá)1587 m。安吉縣地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)多，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)，但地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息技術(shù)嚴(yán)重落后，目前仍以地質(zhì)災(zāi)害人員的經(jīng)驗(yàn)判斷為主，因此地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)的研究迫在眉睫。

2013年10月6日凌晨至8日15時(shí)，安吉縣受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“菲特”與冷空氣的嚴(yán)重影響，全縣普降大暴雨，局部出現(xiàn)特大暴雨。平均面雨量349 mm，最大降水出現(xiàn)在天荒坪上水庫(kù)1054 mm，均超歷史氣象記錄極值。此次臺(tái)風(fēng)暴雨降水強(qiáng)度之大、持續(xù)時(shí)間之長(zhǎng)，全縣受災(zāi)十分嚴(yán)重。安吉縣境內(nèi)多處發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)（險(xiǎn)）情。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，臺(tái)風(fēng)“菲特”帶來的持續(xù)性強(qiáng)降雨引發(fā)全縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)（險(xiǎn)）情達(dá)83處。

本文試圖通過對(duì)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“菲特”影響期間安吉縣地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警算法本地化改進(jìn)、插值方法對(duì)比、站點(diǎn)密度影響等方面研究，探索分析了安吉縣地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的本地化與插值方法優(yōu)劣，為安吉縣地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)提供必要的理論研究和技術(shù)支持。

2資料與方法

2.1數(shù)據(jù)來源

項(xiàng)目數(shù)據(jù)來源：安吉23個(gè)區(qū)域自動(dòng)站及1個(gè)國(guó)家觀測(cè)站逐時(shí)降水量、安吉國(guó)土局提供的浙江華東建設(shè)工程有限公司完成的安吉縣“強(qiáng)臺(tái)風(fēng)”菲特引發(fā)質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查資料。

2.2研究方法

將24個(gè)觀測(cè)站根據(jù)經(jīng)緯度、拔海高度、建站時(shí)間等因素綜合考慮分別選取16個(gè)站、8個(gè)站系列進(jìn)行站點(diǎn)密度影響對(duì)比（圖1），擬選擇克里金插值、多項(xiàng)式回歸、改進(jìn)謝別德、加權(quán)反距離、徑向基函數(shù)、自然鄰點(diǎn)、最近鄰點(diǎn)、最小曲率等8中插值方法對(duì)24個(gè)站逐時(shí)降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化處理，同時(shí)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警公式本地化;擇優(yōu)選擇2個(gè)插值方法對(duì)16站、8站降水量插值網(wǎng)格化對(duì)比，以期得到站點(diǎn)密度影響。

用加權(quán)反距離法、克里金插值法、最小曲率法、多元回歸法、徑向基函數(shù)法、改進(jìn)謝別德法、自然鄰點(diǎn)插值法、最近鄰點(diǎn)插值法等8中插值方法分別對(duì)逐時(shí)降水量網(wǎng)格化，生成如下100×79網(wǎng)格矩陣數(shù)據(jù)（圖2）。

3研究結(jié)果

3.1地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警公式本地化

以2005年杭州市地質(zhì)災(zāi)害氣象條件預(yù)警計(jì)算模型為原型設(shè)計(jì)安吉縣地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警公式如下：

Rd≥Max（Rv，Rs）。

短時(shí)降雨強(qiáng)度（Rs），1 h、2 h、3 h和6 h的降雨強(qiáng)度如表1所示。

Rv為有效累計(jì)雨量，取前nd有效累計(jì)雨量，取5d，分I級(jí)到V級(jí);Rs短時(shí)降雨強(qiáng)度，指定1小時(shí)、2小時(shí)、3小時(shí)和6小時(shí)雨強(qiáng)，分I級(jí)到V級(jí)（表2）。

最近5 d有效降水量（Rv）：

3.2 24站8種插值方法與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等級(jí)對(duì)比分析

對(duì)24站8個(gè)插值方法測(cè)算得到的地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)與實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)對(duì)比分析（圖3），“菲特”影響期間，安吉縣的地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)整體是階梯式先升后降;對(duì)比降水量變化，有明顯的滯后性，滯后2～4 d;同時(shí)受短時(shí)雨量變化影響大，尤其是小時(shí)雨強(qiáng)超過30 mm;8個(gè)插值方法測(cè)算得到的等級(jí)普遍要比實(shí)際的高，未出現(xiàn)漏報(bào)情況，空?qǐng)?bào)較普遍;其中改進(jìn)謝別德方法“表現(xiàn)”較好，與實(shí)際等級(jí)較為符合。

3.3站點(diǎn)密度影響分析

用克里金、改進(jìn)謝別德插值方法對(duì)8站、16站進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)測(cè)算與檢驗(yàn)（圖4），克里金插值變化不大，未出現(xiàn)漏報(bào)現(xiàn)象，但與24站一樣，出現(xiàn)了預(yù)報(bào)等級(jí)偏大，出現(xiàn)較大空?qǐng)?bào)風(fēng)險(xiǎn);改進(jìn)謝別德方法16站表現(xiàn)依舊比克里金好，但是8站出現(xiàn)了明顯漏報(bào)現(xiàn)象，因此站點(diǎn)密度對(duì)其影響還是比較明顯的。

另外，對(duì)8種插值降水結(jié)果與地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)對(duì)比三維圖發(fā)現(xiàn)（圖5），普遍存在著“負(fù)值陷阱”，這種現(xiàn)象需要特別注意。這也是本文下一步要完善的目標(biāo)，改進(jìn)與更新算法，包括插值算法以及地質(zhì)災(zāi)害算法。

4結(jié)論

根據(jù)經(jīng)緯度、拔海高度、建站時(shí)間等因素綜合考慮分別選取16個(gè)站、8個(gè)站系列進(jìn)行站點(diǎn)密度影響對(duì)比，選擇克里金插值、多項(xiàng)式回歸、改進(jìn)謝別德、加權(quán)反距離、徑向基函數(shù)、自然鄰點(diǎn)、最近鄰點(diǎn)、最小曲率等8中插值方法對(duì)24站逐時(shí)降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化處理，生成100×79網(wǎng)格矩陣數(shù)據(jù)。同時(shí)以2005年杭州市地質(zhì)災(zāi)害氣象條件預(yù)警計(jì)算模型為原型設(shè)計(jì)安吉縣地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警本地化算法，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警公式本地化;擇優(yōu)選擇2個(gè)插值方法對(duì)16站、8站降水量插值網(wǎng)格化對(duì)比，以期得到站點(diǎn)密度影響。得到以下結(jié)論：

（1）對(duì)24站8個(gè)插值方法測(cè)算得到的地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)與實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)對(duì)比分析，“菲特”影響期間，安吉縣的地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)整體是階梯式先升后降;對(duì)比降水量變化，有明顯的滯后性，滯后2～4 d;同時(shí)受短時(shí)雨量變化影響大，尤其是小時(shí)雨強(qiáng)超過30 mm;8個(gè)插值方法測(cè)算得到的等級(jí)普遍要比實(shí)際的高，未出現(xiàn)漏報(bào)情況，空?qǐng)?bào)較普遍;其中改進(jìn)謝別德方法“表現(xiàn)”較好，與實(shí)際等級(jí)較為符合。

（2）用克里金、改進(jìn)謝別德插值方法對(duì)8站、16站進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)測(cè)算與檢驗(yàn)，克里金插值變化不大，未出現(xiàn)漏報(bào)現(xiàn)象，但與24站一樣，出現(xiàn)了預(yù)報(bào)等級(jí)偏大，出現(xiàn)較大空?qǐng)?bào)風(fēng)險(xiǎn);改進(jìn)謝別德方法16站表現(xiàn)依舊比克里金好，但是8站出現(xiàn)了明顯漏報(bào)現(xiàn)象，因此站點(diǎn)密度對(duì)其影響還是比較明顯的。

（3）對(duì)8種插值降水結(jié)果與地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)對(duì)比三維圖發(fā)現(xiàn)，普遍存在這“負(fù)值陷阱”，這種現(xiàn)象需要特別注意。這也是本文下一步完善的目標(biāo)，改進(jìn)與更新算法，包括插值算法以及地質(zhì)災(zāi)害算法。