[發(fā)明專利]自適應(yīng)變尺度干旱評(píng)價(jià)模型及評(píng)價(jià)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710610584.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107480867A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 聞昕;顏敏;方國(guó)華;雷曉輝;張鈺;丁紫玉;晉恬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/06
• 分類號(hào): G06Q10/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 張秀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的干旱評(píng)價(jià)領(lǐng)域，具體涉及一種自適應(yīng)變尺度干旱評(píng)價(jià)模型及評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)

干旱是一種水分持續(xù)性短缺的自然現(xiàn)象，其持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣、破壞強(qiáng)度大，是目前主要的氣象災(zāi)害之一。干旱評(píng)價(jià)是干旱研究的基礎(chǔ)，科學(xué)地進(jìn)行干旱的評(píng)價(jià)能夠反映干旱的形成機(jī)理，解析干旱的時(shí)空變化規(guī)律，為抗旱減災(zāi)提供重要的指導(dǎo)意義。

干旱的成因復(fù)雜，影響因素眾多，不同部門和學(xué)科對(duì)干旱指標(biāo)有著不同的定義。美國(guó)氣象學(xué)會(huì)將干旱分為氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于干旱評(píng)價(jià)展開(kāi)了一系列研究，McKee等通過(guò)對(duì)降水分布規(guī)律的研究，提出了標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)；Palme考慮降水、徑流、蒸發(fā)等因素，引入氣候適宜降水量，同時(shí)考慮前期降水影響，建立了一套評(píng)估干旱的方法。在已有干旱指標(biāo)的基礎(chǔ)上，周玉良等基于帕爾默旱度模式識(shí)別了昆明站干旱過(guò)程。劉可晶等利用淮河流域28個(gè)國(guó)家基本氣象站建站以來(lái)至2011年間的月值地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)不同時(shí)間尺度(1月、3月、12月)的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI進(jìn)行特征分析。

目前的干旱評(píng)價(jià)模型給定了不同定義下的干旱量化方法，同時(shí)也針對(duì)不同研究區(qū)域進(jìn)行了適用性分析，但仍然存在以下幾個(gè)個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：1)干旱評(píng)價(jià)未考慮到干旱識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)空差異性2)干旱識(shí)別往往采用基于閾值的識(shí)別方法，不同閾值的選擇使得干旱識(shí)別過(guò)程的不一致。3)對(duì)于識(shí)別的小干旱過(guò)程，還沒(méi)有較好的方法進(jìn)行修正4)干旱評(píng)價(jià)大多基于某一固定的時(shí)間尺度，基于SPI的多尺度干旱分析，在整個(gè)序列中也是保持尺度不變，其本質(zhì)是多個(gè)定尺度的干旱分析，但干旱是個(gè)長(zhǎng)歷時(shí)過(guò)程，其時(shí)間尺度也是在不斷變化，定尺度的干旱評(píng)價(jià)無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)各個(gè)干旱過(guò)程，而且會(huì)造成干旱過(guò)程的割裂。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明提出了一種自適應(yīng)變尺度的干旱評(píng)價(jià)模型及評(píng)價(jià)方法，一方面考慮到干旱識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)空差異性，構(gòu)造了自適應(yīng)模糊矩陣；另一方面采用物理意義更加明確的對(duì)立統(tǒng)一定理進(jìn)行干旱的識(shí)別，規(guī)避了干旱閾值的選擇問(wèn)題；第三方面提出的前期降水影響系數(shù)，充分考慮了前期降水過(guò)程對(duì)當(dāng)前降水過(guò)程的影響，能對(duì)識(shí)別的小干旱過(guò)程進(jìn)行有效的修正；最后引入干旱程度的定義，建立變尺度干旱評(píng)價(jià)模型，解決了變尺度下的干旱評(píng)價(jià)問(wèn)題。

技術(shù)方案：本發(fā)明自適應(yīng)變尺度干旱評(píng)價(jià)模型，對(duì)定尺度下的干旱過(guò)程進(jìn)行頻率分析，從而建立變尺度干旱評(píng)價(jià)模型，考慮了干旱的時(shí)空差異性，可以對(duì)變化尺度下的干旱過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括干旱識(shí)別層、過(guò)程修正層和模型構(gòu)建層，其中：

所述干旱識(shí)別層是用于在定尺度下，識(shí)別研究區(qū)域在研究時(shí)段內(nèi)的干旱過(guò)程，包括干旱歷時(shí)以及對(duì)應(yīng)的干旱強(qiáng)度。

所述過(guò)程修正層是考慮到前期降水過(guò)程對(duì)當(dāng)前過(guò)程的影響，對(duì)識(shí)別的小干旱過(guò)程進(jìn)行修正。

所述模型構(gòu)建層是通過(guò)對(duì)修正后的干旱過(guò)程進(jìn)行頻率分析，建立干旱強(qiáng)度和干旱歷時(shí)的關(guān)系，從而建立了變尺度干旱評(píng)價(jià)模型。

所述干旱識(shí)別層包括評(píng)價(jià)單元和識(shí)別單元，其中：

所述評(píng)價(jià)單元是在考慮了干旱的時(shí)空差異性的前提下，利用歷史資料，構(gòu)造定尺度下的干旱評(píng)價(jià)指標(biāo)。

所述識(shí)別單元是給定干旱評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從而識(shí)別干旱過(guò)程。

所述評(píng)價(jià)單元是基于可變模糊評(píng)價(jià)方法進(jìn)行干旱的量化，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)資料，選定若干指標(biāo)，構(gòu)造干旱點(diǎn)和非干旱點(diǎn)，建立自適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)矩陣，利用與干旱點(diǎn)的綜合相對(duì)隸屬度表征干旱水平。

所述識(shí)別單元是在評(píng)價(jià)單元之后，根據(jù)評(píng)價(jià)單元輸出的綜合相對(duì)隸屬度值，基于對(duì)立統(tǒng)一定理，識(shí)別干旱過(guò)程，包括干旱歷時(shí)以及相應(yīng)的干旱強(qiáng)度。

所述對(duì)立統(tǒng)一定理是通過(guò)尋找與連續(xù)區(qū)間邊界點(diǎn)隸屬度相等的一點(diǎn)，利用該點(diǎn)將連續(xù)區(qū)間劃分成兩個(gè)對(duì)立的集合，而這一點(diǎn)可以看作劃分對(duì)立集合的依據(jù)。

所述過(guò)程修正層是考慮了前期降水的影響，提出了前期降水影響系數(shù)，對(duì)長(zhǎng)歷時(shí)的非干旱(干旱)過(guò)程后發(fā)生的小干旱(非干旱)進(jìn)行修正。

所述模型構(gòu)建層包括回歸分析單元和頻率分析單元，其中：

所述回歸分析單元是通過(guò)對(duì)修正后的干旱過(guò)程進(jìn)行分析，尋找干旱歷時(shí)和干旱強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的關(guān)系，從而構(gòu)造變尺度干旱評(píng)價(jià)指標(biāo)。

所述頻率分析單元是對(duì)變尺度的干旱評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行頻率分析，從而給定干旱的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

所述干旱程度指標(biāo)能夠?qū)ψ兂叨认碌母珊颠^(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，一方面避免了單一采用干旱歷時(shí)t和干旱強(qiáng)度Z，而造成干旱評(píng)價(jià)的不合理，另一方面構(gòu)造的干旱程度序列，相比于平均干旱強(qiáng)度序列，能夠區(qū)分平均干旱程度一樣，但干旱歷時(shí)不同的兩個(gè)干旱過(guò)程。