利用改进卡尔曼滤波提高回波信号ToF精度

1

作者 陈宇豪 吴瑾 +2 位作者 李懿峰 陆小霞 王奕媛 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第12期2459-2471,2538,共14页

道面覆盖物(水/冰/雪)的超声波回波信号信噪比(SNR)较低,导致起振点难以准确提取,影响渡越时间(ToF)的估计精度.为此,提出基于总变差和贝叶斯估计的自适应卡尔曼滤波方法(TV-BAKF).该方法利用总变差法分析滑动窗口内的噪声分布,获取反... 道面覆盖物(水/冰/雪)的超声波回波信号信噪比(SNR)较低,导致起振点难以准确提取,影响渡越时间(ToF)的估计精度.为此,提出基于总变差和贝叶斯估计的自适应卡尔曼滤波方法(TV-BAKF).该方法利用总变差法分析滑动窗口内的噪声分布,获取反映信号噪声水平和特征的差分因子,并结合贝叶斯估计动态调整过程噪声协方差和测量噪声协方差.进行仿真测试,并与其他滤波方法(改进小波变换、改进Savitzky-Golay(S-G)滤波、自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)、变分贝叶斯自适应卡尔曼滤波(VBAKF))的效果进行对比.结果表明,TV-BAKF在兼顾滤波后信号平滑度的同时,相位和幅值保真度分别达0.915rad和0.917,且噪声滤除效果较好,均方误差低于0.342.对5类覆盖物(水、冰、雪浆、湿雪和干雪)的测试表明,TV-BAKF对冰、水和雪浆的深度检测的平均误差小于0.55mm,对湿雪和干雪的平均误差不超过0.96mm,验证了其在低信噪比条件下ToF估计的高精度特性. 展开更多

关键词 水/冰/雪深度 超声波回波信号 自适应卡尔曼滤波 总变差法 贝叶斯估计

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雪数据集研究综述 被引量：13

2

作者 于灵雪 张树文 +3 位作者 卜坤 杨久春 颜凤芹 常丽萍 《地理科学》 CSCD 北大核心 2013年第7期878-883,共6页

大范围的雪盖变化是气候变化的指示剂,雪通过其自身的物理性质调节着地气之间的物质与能量循环,还能影响地表径流,调节水文循环,甚至在全球生态系统中发挥着重要的作用,因此建立数据集,实时监测雪盖的变化就变得非常必要。通过阅读大量... 大范围的雪盖变化是气候变化的指示剂,雪通过其自身的物理性质调节着地气之间的物质与能量循环,还能影响地表径流,调节水文循环,甚至在全球生态系统中发挥着重要的作用,因此建立数据集,实时监测雪盖的变化就变得非常必要。通过阅读大量文献,总结目前应用较为广泛的数据集,主要包括可见光/近红外数据集如NOAA数据集、MODIS数据集,微波数据集如SMMR数据集、AMSR-E数据集,以及多数据源的数据集。分析各种数据集的生成原理和优缺点,对目前雪数据集研究中可能存在的问题进行总结。 展开更多

关键词 雪数据集 积雪覆盖 雪水当量 雪深 遥感

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小兴安岭不同类型人工林林内积雪特征 被引量：10

3

作者 王贺 蔡体久 +2 位作者 满秀玲 琚存勇 柴汝杉 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2012年第6期263-267,273,共6页

为研究小兴安岭林区不同人工林类型林内积雪特征,分别从雪厚度、雪水当量和雪密度指标对3种人工林林内降雪和积雪进行研究。结果表明:不同人工林内积雪厚度和雪水当量受降雪输入率的影响,降雪量越大,积雪厚度和雪水当量越大,且不同林型... 为研究小兴安岭林区不同人工林类型林内积雪特征,分别从雪厚度、雪水当量和雪密度指标对3种人工林林内降雪和积雪进行研究。结果表明:不同人工林内积雪厚度和雪水当量受降雪输入率的影响,降雪量越大,积雪厚度和雪水当量越大,且不同林型间有显著差异(P<0.01),其中落叶松人工林内积雪厚度和雪水当量最高,分别达到36.1cm和56.1mm;红松人工林次之,为31.3cm和45.8mm;红皮云杉人工林最小,仅为26.1cm和38.6mm。森林对积雪有明显的保存效应,积雪厚度和雪水当量的保存效率由大到小顺序为原始阔叶红松林(对照)>红松人工林>红皮云杉人工林>落叶松人工林,原始阔叶红松林对积雪厚度和雪水当量的保存率最高,分别达到51%和90.5%;各人工林对积雪厚度和雪水当量的保存率平均值分别为47.2%和84.6%;林外空地的保存率分别仅为38.2%和69.3%。林内积雪的密度小于林外,不同人工林内积雪密度在0.14～0.16g/cm3之间。 展开更多

关键词 小兴安岭 人工林 积雪厚度 雪水当量 雪密度

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中国冬季多种积雪参数的时空特征及差异性 被引量：14

4

作者 张若楠 张人禾 左志燕 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2014年第5期572-586,共15页

利用1979～2006年冬季中国站点最大雪深和站点雪日、卫星遥感雪深、积雪覆盖率和雪水当量5种积雪资料，从多角度深入细致地分析了我国冬季积雪的时空变化特征。结果表明：5种积雪资料的经验正交分解第一模态都表现为中国南、北方反位相... 利用1979～2006年冬季中国站点最大雪深和站点雪日、卫星遥感雪深、积雪覆盖率和雪水当量5种积雪资料，从多角度深入细致地分析了我国冬季积雪的时空变化特征。结果表明：5种积雪资料的经验正交分解第一模态都表现为中国南、北方反位相的特征，即当新疆和东北三省-内蒙古地区积雪偏多（少）时，青藏高原和南方地区积雪偏少（多）。新疆和东北三省-内蒙古地区的雪深、积雪覆盖率和雪日随时间有逐渐增多的趋势，而其中边缘山区的雪水当量表现出减少的趋势，青藏高原地区的积雪表现出与其完全相反的特征。南方地区站点最大雪深和雪日表现出随时间减少的趋势，卫星遥感难以监测到该区积雪。相比较而言，卫星遥感资料比较适合高原和山区缺少气象站的地区及北半球更大区域积雪的研究，而站点资料更适用于中国中东部和平原地区积雪的区域研究。雪深、雪日、积雪覆盖率和雪水当量这些多样性积雪参数存在一定的差异性，因此5种积雪资料结合使用才能得到更准确的结论。 展开更多

关键词 中国冬季 最大雪深 积雪覆盖率 雪日 雪水当量

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遥感反演2000—2020年青藏高原水储量变化及其驱动机制 被引量：33

5

作者 龙笛 李雪莹 +5 位作者 李兴东 韩鹏飞 赵凡玉 洪仲坤 王一鸣 田富强 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期375-389,共15页

气候变化对青藏高原的水储量造成显著影响,严重威胁下游地区涉及10亿人口的水资源安全、水灾害防治和水生态保护。本研究集成多源卫星遥感(包括卫星重力、卫星测高、光学影像等)及相关反演融合算法和部分再分析数据,在前期工作基础上延... 气候变化对青藏高原的水储量造成显著影响,严重威胁下游地区涉及10亿人口的水资源安全、水灾害防治和水生态保护。本研究集成多源卫星遥感(包括卫星重力、卫星测高、光学影像等)及相关反演融合算法和部分再分析数据,在前期工作基础上延长并生成了2000—2020年青藏高原各类水储量(湖泊、冰川、雪深和雪水当量、总水储量)变化数据,并分析其气候驱动机制。结果表明:(1)2002—2020年间青藏高原外流区总水储量呈显著下降趋势(-10.90 Gt/a),主要由冰川质量损失主导;内流区总水储量呈显著上升趋势(6.40 Gt/a),其中湖泊水量扩张占主导。(2)青藏湖泊整体呈扩张趋势,并分为3个阶段:2000—2012年为平稳增长期(6.35 Gt/a),2012—2017年为相对稳定期(1.42 Gt/a),2017年后进入快速增长期(10.59 Gt/a);湖泊水量变化与降水量变化一致性较高。(3)藏东南地区的冰川呈快速消融趋势(-4.50 Gt/a),气温升高和降水年际波动是近年来该地区冰川后退的主要原因。(4)2016—2020年平均雪水当量较2001—2015年呈增加趋势,积雪变化主要受累积期平均气温和降水影响。 展开更多

关键词 总水储量 湖泊水储量 冰川物质平衡 积雪深度 雪水当量 青藏高原

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玛纳斯河流域春季雪层参数特性分析 被引量：5

6

作者 陈妮 冯学智 +1 位作者 肖鹏峰 贺广均 《南京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期936-943,共8页

采用2014年春季野外观测的新疆玛纳斯河流域积雪物理特性数据(积雪深度、积雪密度、体积含水量、雪层温度),分析了流域融雪期的积雪参数特征,及其在垂直剖面上的廓线分布.结果表明:(1)研究区在融雪期的积雪随着深度的增加而温度逐渐降低... 采用2014年春季野外观测的新疆玛纳斯河流域积雪物理特性数据(积雪深度、积雪密度、体积含水量、雪层温度),分析了流域融雪期的积雪参数特征,及其在垂直剖面上的廓线分布.结果表明:(1)研究区在融雪期的积雪随着深度的增加而温度逐渐降低,部分地区积雪保温作用明显,保温层位于雪表层下约10cm位置;(2)流域北部低山区雪密度随着积雪深度的增加逐步减小,高山区和亚高山区雪密度的垂直廓线呈现为中部大、积雪表层和底部小的分布特征;(3)北部低山区积雪体积含水量高于高山区和亚高山区,垂直廓线呈单峰曲线,峰值距雪表面约12cm;南部高山区和亚高山区积雪以潮雪为主,雪层含水量存在层位变化. 展开更多

关键词 积雪深度 积雪密度 体积含水量 剖面温度 玛纳斯河流域

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全球陆地水储量对地球自转变化的激发作用 被引量：6

7

作者 廖德春 廖新浩 《天文学报》 CSCD 北大核心 2000年第4期373-383,共11页

用美国环境预测中心和美国大气研究中心 (NCEP/NCAR) 40年重新分析计划气候数据同化系统 (CDAS)所得到的全球陆地水储量 (土壤湿度和积雪水当量 )数据 ,对地球自转变化 (极移和日长 )的激发作用作了分析 .结果表明 ,陆地水储量对周年地... 用美国环境预测中心和美国大气研究中心 (NCEP/NCAR) 40年重新分析计划气候数据同化系统 (CDAS)所得到的全球陆地水储量 (土壤湿度和积雪水当量 )数据 ,对地球自转变化 (极移和日长 )的激发作用作了分析 .结果表明 ,陆地水储量对周年地极移动正频分量的激发为 1 7.8mas,与大气激发相当 ,相位滞后约 48° .其中 ,积雪水当量的激发结果与用人卫遥感技术所得到的积雪水当量激发的正、负频率分量的振幅和相位都符合得很好 .用陆地水储量数据得到对日长变化周年分量的激发作用约 49μs,约占观测激发的1 5% ,相位滞后约 2 3° ;对日长变化半年分量的激发作用约 9μs,约占观测激发的 3% ,相位滞后约 1 2 展开更多

关键词 地球 自转变化 陆地水储量激发 冰雪水当量 激发作用

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东北低山丘陵区季节性积雪特性研究 被引量：7

8

作者 马世伟 周丽丽 +2 位作者 马仁明 曹湘英 王宇 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2017年第1期332-336,共5页

为探究东北低山丘陵区冬季积雪物理特性变化过程,利用超声雪深监测仪和Snow Fork雪特性分析仪采集积雪物理特性(积雪深度、积雪密度、液态含水率)数据,分析积雪深度、密度和液态含水率随时间的变化特征及其在垂直剖面上的变化过程。结... 为探究东北低山丘陵区冬季积雪物理特性变化过程,利用超声雪深监测仪和Snow Fork雪特性分析仪采集积雪物理特性(积雪深度、积雪密度、液态含水率)数据,分析积雪深度、密度和液态含水率随时间的变化特征及其在垂直剖面上的变化过程。结果表明:主要积雪期为11月下旬至翌年2月中下旬,积雪深度与雪层温度、气温呈显著负相关关系,与降雪量呈正相关关系。积雪消融主要集中在10:00—18:00之间,且积雪消融相对于气温表现出滞后性,滞后时间约为4h。积雪初(12月1日观测),雪底层密度为0.198g/cm^3,表层为0.126g/cm^3,从底层至表层呈逐渐减小趋势。随着雪底层形成深霜,中间层5—10cm的积雪密度大于表层和底层。积雪0—5,5—10,10—15cm层平均液态含水率分别为0.308%,0.319%和0.205%,中间层最高,整体表现为单峰型。积雪液态含水率与积雪密度呈显著正相关关系(r=0.866,p<0.05)。研究结果将为融雪径流形成、融雪侵蚀防治以及季节性积雪区生态系统功能评估提供基础数据。 展开更多

关键词 积雪深度 积雪密度 液态含水率 东北低山丘陵区

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天山北坡中段草地、林地积雪消融过程的定量化分析 被引量：4

9

作者 张云云 张毓涛 +2 位作者 师庆东 李吉玫 芦建江 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2019年第3期108-114,共7页

依托天山森林生态系统定位站,选择典型区域设置林地、草地固定观测小区,在积雪消融期对林地和草地积雪特性(雪深、雪密度、液态含水率、雪温)、产流量、侵蚀量以及常规气象指标进行定量化观测,对比分析林地和草地的积雪消融过程。结果表... 依托天山森林生态系统定位站,选择典型区域设置林地、草地固定观测小区,在积雪消融期对林地和草地积雪特性(雪深、雪密度、液态含水率、雪温)、产流量、侵蚀量以及常规气象指标进行定量化观测,对比分析林地和草地的积雪消融过程。结果表明:积雪消融期林地树冠对降雪的截留量约为56.8%,草地平均积雪深度是林地2.5倍;因树冠截留雪受重力作用下降使融雪产流后期林地积雪深度下降速率大于草地;林地融雪产流的时间比草地早,产流期林地和草地积雪层密度、液态含水率的变化规律相似,"峰值"均在积雪中间层,但林地积雪的平均雪密度和平均液态含水率分别为0.48 g/cm^3,0.61%,均大于草地0.29 g/cm^3,0.52%;林地雪温的"峰值"在积雪表层,而草地在积雪底层,林地平均雪温为-0.032℃,低于草地0.046℃;且雪液态含水率和积雪层温度呈正相关(r=0.611,p<0.05);草地径流小区的产流量和对地表的侵蚀量分别是林地的2,6倍;林地、草地对地表的侵蚀量占总径流量百分比分别为0.21%,0.71%;林地在融雪产流过程中对地表的冲刷作用小于草地,体现了森林的固土作用。研究结果为小尺度探讨积雪消融过程提供理论依据和数据基础。 展开更多

关键词 积雪深度 积雪密度 液态含水率 雪温 径流量 积雪消融 天山北坡

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中国积雪特性时空分布电子地图集 被引量：1

10

作者 张学良 王华东 +2 位作者 肖鹏峰 郑子贤 冯学智 《中国科学数据（中英文网络版）》 CSCD 2022年第3期19-32,共14页

积雪作为冰冻圈的重要组成部分,对气候变化、水资源管理、人类活动等具有重要意义。基于国家科技基础资源调查专项“中国积雪特性及分布调查”项目生产的长时间序列逐日积雪产品和地面观测数据,统计分析各积雪要素时空分布及变化特征,... 积雪作为冰冻圈的重要组成部分,对气候变化、水资源管理、人类活动等具有重要意义。基于国家科技基础资源调查专项“中国积雪特性及分布调查”项目生产的长时间序列逐日积雪产品和地面观测数据,统计分析各积雪要素时空分布及变化特征,设计积雪物候、积雪深度/雪水当量、积雪反照率、积雪密度的分级方案与符号标识,编制积雪要素系列专题图件1244幅,形成中国积雪特性时空分布电子地图集(China’s snow characteristics spatiotemporal distribution electronic atlas,CSEA),为认识和掌握中国积雪特性的空间分布差异和时间变化特征提供数据支撑。 展开更多

关键词 中国 积雪物候 积雪深度 雪水当量 积雪反照率 积雪密度 积雪专题地图

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雪深和雪水当量被动微波反演及应用进展 被引量：2

11

作者 王泽坤 甘甫平 +2 位作者 闫柏琨 李贤庆 李和谋 《自然资源遥感》 CSCD 北大核心 2022年第3期1-9,共9页

雪深和雪水当量是积雪观测最主要且关键的要素,在冰冻圈、全球气候变化、水资源调查等领域具有重要意义。微波遥感相较于可见光和近红外遥感对积雪观测具有优势,为此,对被动微波遥感反演雪深和雪水当量的研究进展进行了系统的总结。梳... 雪深和雪水当量是积雪观测最主要且关键的要素,在冰冻圈、全球气候变化、水资源调查等领域具有重要意义。微波遥感相较于可见光和近红外遥感对积雪观测具有优势,为此,对被动微波遥感反演雪深和雪水当量的研究进展进行了系统的总结。梳理了野外现场实地测量、地面台站长期观测和卫星遥感区域观测等3种积雪观测方式及其主要观测积雪参数;重点总结并评价了半经验、物理模型和机器学习等3种雪深和雪水当量反演算法。展示了青藏高原被动微波积雪监测的研究成果,展望了对未来积雪参数遥感反演的发展趋势,为雪深和雪水当量被动微波反演的深入开展提供了科学的参考建议。 展开更多

关键词 雪深和雪水当量 被动微波 反演算法 积雪观测 青藏高原

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基于GPS双频信号增强的雪水当量估计 被引量：2

12

作者 王佳彤 胡羽丰 李振洪 《地球科学与环境学报》 CAS 北大核心 2022年第5期789-801,共13页

雪水当量是重要的积雪参数之一,对气候变化预测与水资源管理等有重要意义。GPS干涉反射技术(GPS-IR)是一种十分有效的积雪深度监测技术,结合积雪密度估计模型可实现雪水当量的估计。基于此,提出了一种GPS-IR双频积雪参数反演增强方法。... 雪水当量是重要的积雪参数之一,对气候变化预测与水资源管理等有重要意义。GPS干涉反射技术(GPS-IR)是一种十分有效的积雪深度监测技术,结合积雪密度估计模型可实现雪水当量的估计。基于此,提出了一种GPS-IR双频积雪参数反演增强方法。首先,利用美国板块边界观测(PBO)AB33测站2016年水文年与P019测站2020年水文年的L1和L2C信号信噪比数据,通过GPS-IR技术获取了两个测站的双频反射高度,建立了双频反射高度的线性关系模型,并通过该模型填补了L2C信号反射高度缺测数据,进而获取双频增强积雪深度时间序列,然后通过积雪密度估计模型转换得到雪水当量日估计值,最后采用SNOTEL测站实测积雪参数进行检验。结果表明:基于L2C信号的积雪深度反演精度要优于L1信号,基于增强方法的积雪深度反演精度介于L1信号和L2C信号之间;基于增强方法的雪水当量反演精度与L2C信号基本相当,且均优于L1信号;增强方法在AB33测站与P019测站分别有效填补了基于L2C信号的积雪深度/雪水当量时间序列25.8%与13.7%的空缺数据。本文提出的增强方法充分利用了GPS双频信号数据资源,可获取高连续性的GPS积雪深度和雪水当量,为设备缺乏地区的雪水当量估计、水环境监测等研究提供参考。 展开更多

关键词 积雪深度 雪水当量 GPS-IR技术 L2C信号 信噪比 双频增强 地基反演 地表水环境

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黑河流域上游2000–2015年积雪水资源数据集 被引量：2

13

作者 牛莉婷 李弘毅 王建 《中国科学数据（中英文网络版）》 CSCD 2022年第3期125-136,共12页

融雪对寒区水资源的贡献已受到越来越多的关注。积雪融水是黑河流域水资源的重要组成部分,研究该流域的积雪融水及其变化对中下游地区工农业生产及生态环境建设具有重要意义。本文基于分布式寒区水文模型,利用气象台站数据、再分析资料... 融雪对寒区水资源的贡献已受到越来越多的关注。积雪融水是黑河流域水资源的重要组成部分,研究该流域的积雪融水及其变化对中下游地区工农业生产及生态环境建设具有重要意义。本文基于分布式寒区水文模型,利用气象台站数据、再分析资料和遥感积雪面积数据等,制作了黑河流域上游2000–2015年的逐日融雪径流深、逐日雪水当量及逐年融雪径流系数数据。通过在不同尺度上验证模型模拟的积雪深度、径流和积雪面积,并对比了应用遥感积雪面积数据前后的水文指标模拟精度,结果表明:本数据集满足精度要求,具有较高的可靠性。共享和利用本数据集有利于进一步开展流域内水文过程、积雪水资源利用和管理、积雪灾害监测及防治等研究。 展开更多

关键词 积雪水资源 融雪径流深 雪水当量 融雪径流系数

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不同遮蔽条件下季节性积融雪过程差异规律对比研究 被引量：1

14

作者 唐小雨 高凡 《水资源与水工程学报》 CSCD 2020年第2期121-128,共8页

寒旱区季节性积雪融雪水文过程对气候与环境变化高度敏感,研究影响季节性积雪积累与融雪过程的关键因素并进行适应性调控,对维护变化环境下流域水安全与水资源可持续利用具有重要意义。通过对新疆天山北坡乌鲁木齐河流域试验区2017年12... 寒旱区季节性积雪融雪水文过程对气候与环境变化高度敏感,研究影响季节性积雪积累与融雪过程的关键因素并进行适应性调控,对维护变化环境下流域水安全与水资源可持续利用具有重要意义。通过对新疆天山北坡乌鲁木齐河流域试验区2017年12月-2018年3月不同遮蔽条件下(林冠下、开阔地)季节性积雪层分层物理特性进行试验观测,分别分析积雪期、融雪期雪层分层物理特性及差异特征。结果表明:积融雪期内,林冠下积雪平均深度略小于开阔地,分层积雪中深霜层与粗粒雪层深度比重较大;积雪期内,开阔地分层积雪液态含水率呈单峰型变化,林冠下分层积雪液态含水率自上而下呈均匀递增趋势,融雪期不同遮蔽条件下雪层液态含水率均随雪深垂直廓线变化呈单峰型,峰值集中在细粒雪层;积融雪期分层积雪密度垂直廓线变化特征基本一致,均呈单峰型。 展开更多

关键词 季节性积融雪 积雪深度 积雪密度 液态含水率 差异规律 林冠下 开阔地

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积雪特性参数分析及雪深模型建立 被引量：7

15

作者 付强 彭莉 +3 位作者 汪恩良 李天霄 刘东 崔嵩 《东北农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期36-45,共10页

通过2015~2016年冬季积雪观测试验,测量自然条件下雪深、雪层温度、雪层密度、雪层液态含水率等积雪特性参数,分析积雪特性参数影响因子和发育变化规律,构建径向基神经网络雪深模型。结果表明,空气、地表温度及水汽压是影响雪参数发育... 通过2015~2016年冬季积雪观测试验,测量自然条件下雪深、雪层温度、雪层密度、雪层液态含水率等积雪特性参数,分析积雪特性参数影响因子和发育变化规律,构建径向基神经网络雪深模型。结果表明,空气、地表温度及水汽压是影响雪参数发育三大主要气象因子。在时长为124 d覆雪期中,雪深最大平均融雪速率达3.20 mm·d-1,出现在融雪后期。雪层密度随雪深增加波浪式上升,其中稳定期全层密度0.1~0.4 g·cm-3;雪层液态含水率0.5%~3.5%,分层液态含水率中层较大,积雪表层和底部波动较小;全层积雪孔隙率平均值为72.3%,积底层孔隙率廓线下降最快,极差最大。经两次优化后,雪深模型最大绝对误差为0.614 1 cm,最大相对误差为5.85%,模拟精度控制在6 mm以内。 展开更多

关键词 雪深 雪密度 液态含水率 雪孔隙率 雪深模型

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