SPA雪特性分析系統

系統功能

Sommer公司研發的積雪分析系統（Snow Pack Analysing System，SPA）是一個**性的雪水特征監測系統，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監測。SPA系統由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，來得出雪水當量、平均雪密度還有液態水含量。理論依據是雪、水、空氣的介電常數在高頻（10KHZ或更高）下是不同的。

介電常數測量

雪的組成有三個部分，包括冰、水和空氣。不同的成分會產生不同的測量影響，這些不同的物質有不同的介電常數。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，消除由于單獨物質帶來的影響。

液態水含量、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（數據采集器）、雪深、SPA系統的阻抗分析盒等，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傳感器結合觀測。此系統可以測得

l 雪深

l 雪水當量

l 平均降雪密度

l 平均液態水含量

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. 平均液態水含量

6. 液態水含量廓線

SPA可以連續監測積雪層中的液態水含量，這是一項很*的功能。在融雪（冰）期，比如春天，當液態水從雪中溢出或者快要溢出的時候，SPA可以監測到這種狀態，并給予這種臨界狀態的預警，從而對雪崩、冰融、洪澇等災害提供良好的預報依據。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控，對水的收集，以及對融雪水量大小的預計都非常的重要。通過這些測量反饋，可以預防洪水。在農業領域和采礦領域，可以消除由于融雪產生的水滲透至土壤或地下所產生的影響。

積雪里面的液態水含量，以及融雪水含量，飽和度都是可以被估算出來。現在，我們可以通過SPA系統測量出這些參數。因此，系統可以為水文設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據。SPA可以在地面進行控制，完成標定。雪密度和雪中液態水含量對于處于濕狀態的雪容易產生的雪崩風險評估來講，都是非常重要的參數，SPA可以幫助改善測量單位的數據質量和密度，因此，系統可以增加生活在高山地區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生一些問題。這種現象是由于該區域的的雪的融合和冰凍反復發生產生的冰層引起的，這樣就會對測量結果產生一定的影響，SPA系統不會由于冰層而產生這樣的影響。

SPA系統*大可以安裝四個SPA傳感器，具體安裝的數量根據用戶的需要而定。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，以及冰和液態水含量構成了完整的雪中物質含量，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據。

系統組成

技術參數

數據展示

參考文獻

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