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Time-Series Modelling of Avalanche Activity from Meteorological Data

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

A. A. Salway*
Affiliation:
Division of Building Research, National Research Council of Canada, B.C. Regional Station, 3904 West 4th Avenue, Vancouver, British Columbia V6R IP5, Canada
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Abstract

Avalanche-hazard evaluation by field analysts is largely achieved along causal intuitive lines, depending for its success upon the experience of the analyst in his particular area. Several attempts have been made in the past to quantify such procedures by means of statistical models based upon meteorological measurements. Modified forms of a multivariate technique known as linear discriminant analysis have been tried with only partial success. Intercorrelated variables and autocorrelated data, omission of time-lagged terms, insufficient variation in the dependent variable, and sampling difficulties may have combined to weaken the discriminant approach. These problems and the nature of the phenomenon suggest that a stochastic transfer-function time-series approach may be a useful alternative method.

A numerical weighting scheme has been devised for the representation of avalanche activity for the Rogers Pass area of British Columbia in terms of terminus, size, and moisture-content codes for each event. From various types of correlation analysis performed on data for the period 1965–73, models were developed using the “best” weighting scheme for avalanche activity representation and the most promising meteorological variables, as indicated by the results of the correlation analysis.

These relatively simple models demonstrate a good fit to the actual data, in both a descriptive and a simulated-forecasting situation.

Résumé

Résumé

. L’estimation du danger d’avalanche par des observateurs sur le terrain est en grande partie basée sur des déductions intuitives, dont le succès dépend de l’ expérience personnelle de l’observateur dans son secteur particulier. On a fait plusieurs tentatives dans le passé pour quantifier ces processus par des modèles statistiques basés sur des données météorologiques. Des formes dérivées de la technique d’analyses à variables multiples, connues sous le nom d’analyses lineaires discriminantes, ont été essayées avec un succès seulement partiel. Des variables liées entre elles et des données auto-corrélées, l’omission de termes de décalage dans le temps, l’insuffisance des variations des valeurs de la variable dépendante et les difficultés d’échantillonnage se sont combinées pour affaiblir l’efficacité de l’approche discriminante. Ces problèmes et la nature du phénomène font penser que l’on peut recourir à une approche d’une fonction stochastique de transfert de séries chronologiques.

Un schéma numérique de pondération a été imaginé pour la représentation de l’activité des avalanches dans le secteur de Rogers Pass en Colombie Britannique par des codes donnant pour chaque événement le point extrême d’arrivée, l’étendue et le taux d’humidité. Diffeérents types d’analyses de corrélation appliqués aux données de la période 1965–73 ont été mis au point, utilisant le schéma “optimum” de pondération pour représenter l’activité des avalanches et les variables météorologiques les plus significatives selon les résultats des analyses de corrélation.

Les courbes de prévision construites d’après ces modèles relativement simples montrent une bonne concordance avec les données réelles, aussi bien pour la description que pour la prévision d’une situation.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

. Die Auswertung von Lawinenabgängen durch Feldbeobachtung folgt meist intuitiven Kausalketten; ihr Erfolg hängt von der Erfahrung des Beobachters in seinem speziellen Gebiet ab. In der Vergangenheit wurden mehrere Versuche zur Quantifizierung solcher Verfahren mit Hilfe von statistischen Modellen auf der Grundlage meteorologischer Messungen unternommen. Modifizierte Formen einer mehrparametrigen Technik, der sog. linearen Unterscheidungsanalyse, brachten nur teilweisen Erfolg. Dies liegt an der Korrelation der Variablen und der Autokorrelation der Daten, an der Vernachlässigung von zeitverzögeten Termen, an der ungenuügenden Variation der abhängigen Variablen und an den Schwierigkeiten der Datengewinnung. Diese Probleme und die Natur des Phänomens legen es nahe, Zeitreihen auf der Basis von stochastischen Übertragungsfunktionen zu verwenden.

Für die Erfassung der Lawinentätigkeit im Gebiet des Rogers-Passes, British-Columbia, wurde ein numerisches Wichtungsschema entwickelt, das Ende, Grösse und Feuchtigkeitsgehalt jedes Abganges beriücksichtigt. Anhand von Daten für die Periode 1965–73 wurden Modelle mit verschiedenen Typen der Korrelationsanalyse entwickelt, wobei auf Grund der Ergebnisse der Korrelationsanalysen das “beste” Wichtungsschema für die Wiedergabe der Lawinentätigkeit und die meistversprechenden meteorologischen Variablen herangezogen wurden.

Vorhersageprofile, abgeleitet aus diesen relativ einfachen Modellen, zeigen gute Übereinstimmung mit den tatsächlichen Daten, sowohl in einer beschreibenden wie in einer simulierten vorhersagenden Situation.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1979
Figure 0

Fig. 1. Typical Rogers Pass avalanche site.

Figure 1

Table I. Avalanche Activity Index Weighting Schemes

Figure 2

Table II. Meteorological Variables

Figure 3

Table III. Correlation Coefficients: Rogers Pass Meteorological Data 1965–73 Daily Observations, First Part of Winter, all Sites, Artificial and Natural Avalanches

Figure 4

Fig. 2. Avalanche activity prediction profiles for 1965–73 ( actual values, predicted values) based on the single model

Figure 5

Fig. 3. Simulated avalanche forecast for 1973–76 (actual values, forecasted values) based on the single model