系統(tǒng)功能

Sommer公司研發(fā)的積雪分析系統(tǒng)（Snow Pack Analysing System，SPA）是一個**性的雪水特征監(jiān)測系統(tǒng)，它可以對雪水當量、雪密度、雪深度以及雪中冰和水含量進行連續(xù)監(jiān)測。SPA系統(tǒng)由SPA傳感器（或稱作SWS，Snow water senser雪水傳感器）、阻抗分析盒以及雪深傳感器組成。

工作原理

雪深

測量傳感器的原理，是在傳感器和雪表面之間，通過超聲波的傳輸時間計算雪深。溫度對測量產(chǎn)生的影響，通過自動溫度補償解決。

SPA適合長期原位觀測，對安裝場地要求會比較苛刻。傳感器形狀是扁平形并呈線狀，通過測量雪層中的冰、水、空氣三者的介電常數(shù)，來得出雪水當量、平均雪密度還有液態(tài)水含量。理論依據(jù)是雪、水、空氣的介電常數(shù)在高頻（10KHZ或更高）下是不同的。

介電常數(shù)測量

雪的組成有三個部分，包括冰、水和空氣。不同的成分會產(chǎn)生不同的測量影響，這些不同的物質(zhì)有不同的介電常數(shù)。采用一個平坦的帶狀傳感器（SPA 傳感器），并且使用至少兩個波段，消除由于單獨物質(zhì)帶來的影響。

液態(tài)水含量、冰含量、雪密度，以及雪水當量

在積雪中，比容相當于液態(tài)水和冰的含量。通過這些信息，我們可以計算出雪的密度。綜合雪密度和雪深，我們可以定義出雪水當量。

系統(tǒng)配置

單個SPA傳感器測量

這個方案里只含單個SPA傳感器。主桿用來固定機箱（數(shù)據(jù)采集器）、雪深、SPA系統(tǒng)的阻抗分析盒等，然后傳感器拉伸桿安裝于主桿周圍。傳感器長度是5米，雪深固定在主桿的橫臂上，與SPA傳感器結(jié)合觀測。此系統(tǒng)可以測得

l 雪深

l 雪水當量

l 平均降雪密度

l 平均液態(tài)水含量

四個SPA傳感器測量

這個方案是在上面單個傳感器版本的基礎(chǔ)上增加了三個SPA傳感器。水平安裝的兩根傳感器是用來測量不同深度下的雪密度和雪水當量，那么也就可以得出雪的密度廓線；坡式安裝的兩個傳感器可以測量更大的面積，從而使得觀測有更好的代表性。所以這個版本的系統(tǒng)可以測量以下要素：

1. 雪深

2. 平均降雪密度

3. 雪密度廓線

4. 雪水當量

5. 平均液態(tài)水含量

6. 液態(tài)水含量廓線

SPA可以連續(xù)監(jiān)測積雪層中的液態(tài)水含量，這是一項很*的功能。在融雪（冰）期，比如春天，當液態(tài)水從雪中溢出或者快要溢出的時候，SPA可以監(jiān)測到這種狀態(tài)，并給予這種臨界狀態(tài)的預(yù)警，從而對雪崩、冰融、洪澇等災(zāi)害提供良好的預(yù)報依據(jù)。另外在一些水電公司，以及政府防汛防洪部門，需要對水資源進行嚴密的監(jiān)控，對水的收集，以及對融雪水量大小的預(yù)計都非常的重要。通過這些測量反饋，可以預(yù)防洪水。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域和采礦領(lǐng)域，可以消除由于融雪產(chǎn)生的水滲透至土壤或地下所產(chǎn)生的影響。

積雪里面的液態(tài)水含量，以及融雪水含量，飽和度都是可以被估算出來?，F(xiàn)在，我們可以通過SPA系統(tǒng)測量出這些參數(shù)。因此，系統(tǒng)可以為水文設(shè)計提供非常重要的更新信息。此外，這些信息對于融雪模型也是非常重要的，參比一些遠程遙測數(shù)據(jù)。SPA可以在地面進行控制，完成標定。雪密度和雪中液態(tài)水含量對于處于濕狀態(tài)的雪容易產(chǎn)生的雪崩風險評估來講，都是非常重要的參數(shù)，SPA可以幫助改善測量單位的數(shù)據(jù)質(zhì)量和密度，因此，系統(tǒng)可以增加生活在高山地區(qū)的人群和錯落的安全。

無冰層影響

在積雪中，雪枕通常情況下會由于冰層產(chǎn)生一些問題。這種現(xiàn)象是由于該區(qū)域的的雪的融合和冰凍反復(fù)發(fā)生產(chǎn)生的冰層引起的，這樣就會對測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，SPA系統(tǒng)不會由于冰層而產(chǎn)生這樣的影響。

SPA系統(tǒng)*大可以安裝四個SPA傳感器，具體安裝的數(shù)量根據(jù)用戶的需要而定。傳感器可以有一定的傾斜度，或者與積雪場保持水平。這幾種不同可能的安裝方式可以優(yōu)化需求信息，有以下三種安裝方式：

1：綜合安裝方式

這種安裝方式是一個傾斜的SPA傳感器和一個水平的SPA傳感器。雪的密度，雪水當量，以及冰和液態(tài)水含量構(gòu)成了完整的雪中物質(zhì)含量，可通過傾斜的傳感器進行測量，水平的傳感器可以提供附加的測量信息，比如雪與地面的緊密程度。

2：剖面安裝方式

SPA傳感器的被安裝至水平位置，這樣可以增加測量雪的剖面密度和液態(tài)水含量。通過這種方法，可以測量出可能存在的正在運動的融雪水狀況，并且可以產(chǎn)生一個雪密度廓線。

3：面積安裝方式

多個SPA傳感器可以安裝成星狀，傳感器的測量值可以進行平均，從而提供一個立體范圍狀況，而且還可以標定遠程遙測數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)組成

技術(shù)參數(shù)

數(shù)據(jù)展示

參考文獻

1. 張偉，沈永平，賀建橋，賀斌，努爾蘭·哈再孜，雪嬌，王國亞. "阿爾泰山融雪期不同下墊面積雪特性觀測與分析研究." 《冰川凍土》 2014年03期

2. 張波;劉志輝;王慧;房世峰;;融雪期融雪水下滲分析及下滲率模擬研究[J];安徽農(nóng)業(yè)科學;2013年24期

3. 田華;楊曉丹;張國平;趙琳娜;;2009年3月中旬新疆融雪型洪水氣象成因分析[A];中國水利學會2010學術(shù)年會論文集（上冊）[C];2010年

4. Choi G, Robinson D, Kang S.Changing northern hemisphere snow seasons[J]. Journal of Climate, 2010, 23(19): 5 305-5 310.

5. [王建, 李碩. 氣候變化對中國內(nèi)陸干旱區(qū)山區(qū)融雪徑流的影響[J]. 中國科學: D 輯, 2005, 35(7): 664-670.]