Tutkapohjainen mitoitussateiden muotokirjasto

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2017-04-10
Department
Major/Subject
Vesi- ja ympäristötekniikka
Mcode
R3005
Degree programme
Yhdyskunta- ja ympäristötekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
49 + 12
Series
Abstract
Hydrologisissa tutkimuksissa ollaan usein kiinnostuneita aluesadannasta, jota voidaan arvioida säätutkamittausten perusteella. Tutka mittaa radiosignaalin sirontaa vaikutustilavuudessa, joka voidaan muuntaa sateen intensiteetiksi tietyllä alueella. Tutkamittauksia on tehty jo pitkään, mutta niitä hyödynnetään melko vähän hydrologien keskuudessa. Ongelmana ovat olleet esimerkiksi sadetuotteiden huono laatu ja aineiston suuri määrä. Kaksoispolarisaatiotutkien avulla sadetuotteiden laatua on pystytty parantamaan. Tulviin pyritään varautumaan mitoitussateiden avulla. Mitoitussade tarkoittaa suurinta vesimäärää, joka hulevesiviemärin täytyy pystyä johtamaan pois välittömästi. Mitoitussateiden tärkeimmät ominaisuudet ovat kestoaika, sateen voimakkuus ja toistuvuus. Toistuvuudella pyritään kuvaamaan sitä, kuinka tavallinen tietty sademäärä tietyssä ajassa on. Mitoitussateissa on jo pitkään pyritty siirtymään tasaisen intensiteetin sadetapahtumista vaihtuvan intensiteetin sadetapahtumiin. Kaupungistumisen myötä hydrologit ovat entistä kiinnostuneempia sateen intensiteetin vaihtelusta pienessä mittakaavassa. Tässä työssä tavoitteena on kerätä tutkapohjainen mitoitussateiden muotokirjasto ja kehittää menetelmä mitoitussateiden poimimiseen. Muotokirjastolla tarkoitetaan kokoelmaa vaihtuvaintensiteettisistä sadetapahtumista. Kirjastoon on kerätty otos 5 min - 24 h kestäviä sadetapahtumia, joiden toistuvuusaika on kerran kolmessa vuodessa tai sitä harvinaisempi. Käytetyt sateen intensiteetit perustuvat uuteen kaksoispolarisaatiota hyödyntävään sadetuotteeseen ja tutkamittauksia on tihennetty liikeinterpoloinnin avulla. Työssä kehitetty mitoitussateiden valinta menetelmä voidaan jakaa kolmeen päävaihee-seen, jotka ovat 1) alustava kertymien laskeminen ja rankkasadetapahtumien etsiminen, 2) valituista rankkasateista toisistaan riippumattomien sadetapahtumien valitseminen ja 3) varsinainen kertymien laskeminen uusien liikeinterpoloitujen sadekenttien avulla. Otos on tarkoitus kerätä siten, että kerätyt rankkasateet ovat toisistaan riippumattomia. Riippumaton otos on tärkeä tilastotieteen näkökulmasta, sillä sitä voidaan käyttää tilastollisten mallien laskemiseen. Mitoitussateita kerättiin yhteensä 2147 kpl vuosilta 2013 – 2016. Lyhytkestoisia sadeta-pahtumia (5 – 60 min) valittiin huomattavasti enemmän kuin pitkäkestoisia (3 – 24 h) sadetapahtumia. Otoksessa on paljon sademäärällisesti erittäin harvinaisia sadetapahtumia. Rankkasateita poimittiin eniten heinäkuulta. Rankkasateet on pyritty poimimaan niin, että ne olisivat toisistaan riippumattomia, mutta riippumattomuutta ei ole testattu. Toistaiseksi kerätty otos on tilastollisesti liian pieni, että sen avulla voitaisiin tutkia Suomen sadeolosuhteita. Jos otoksen keräämistä jatketaan, sen avulla voisi tutkia esimerkiksi harvinaisten sadetapahtumien toistuvuuksia ääriarvoteorian kautta.

Weather radar is an effective way to measure rainfall over large areas, which is often of particular interest to hydrologists. Radar measures the microwave signal backscattering in a sample volume, which can be converted to the rain intensity over a given area. Radars have been used for measuring rainfall for a long time, but hydrologists have not been utilizing the existing radar data that much. Problems have been the poor quality of rain products and large amount of data, which makes it difficult to handle. Use of dual-polarization radars has improved the quality of the rain products. Design storms are used to determine dimensions of flood routing structures. Design storm describes the maximum amount of water that a drain system needs to be able to lead off immediately. The main characteristics of the design storm are the duration, intensity and frequency. Frequency aims to describe how often a certain amount of rainfall can be experienced in a given time period. For some time now, there has been efforts to use variable rather than constant intensity design storms. Because of urbanization, hydrologists are increasingly interested in variations in the intensity of rainfall on a small scale. The objective was to collect a selection of design storms and to produce a methodology to sample them. Selection includes design storms with a duration from 5 minutes to 24 hours with a frequency of once every three years or rarer. The rainfall intensities are based on the new rainfall product, which utilizes dual-polarization technique. The developed method can be divided in three phases. During the first phase rain events with high enough accumulation to make them return period longer than once every three years are selected. During second phase selection is narrowed to only include independent rain events. This is done so that statistical models can be used with the final sampling. In the last phase an optical flow interpolation method has been used to improve the temporal resolution of the measurements. In total 2147 design storms were selected from years 2013 – 2016. A considerable amount of very rare rainfall amounts were observed. More rain events with a short dura-tion (5 – 60 min) were picked than rain events with a long duration (3 – 24 h). Events of heavy rainfall were mostly picked in July. An effort to select independent rain events has been made, but independence has not been verified. So far, the collected sample is too small to be used to explore extreme rainfall in Finland.
Description
Supervisor
Koivusalo, Harri
Thesis advisor
Niemi, Tero
Pulkkinen, Seppo
Kokkonen, Teemu
Keywords
sade, aluesadanta, mitoitussade, säätutkat, rankkasateet
Other note
Citation