[發明專利]一種氣候變化情景下水文旱情評估方法

在審

• 申請號: 202010483313.2
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111797129A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 顧磊;尹家波
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F16/2458
• 分類號: G06F16/2458;G06F16/29;G06F17/11;G06F17/16;G06F17/18;G01W1/10
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發明公開了一種氣候變化情景下水文旱情評估方法，首先收集研究區域氣象、水文、地形數據，構建SWAT水文模型數據庫；基于M個全球氣候模式，通過多變量偏差校正方法獲取未來氣象序列，輸入SWAT模型獲取M組未來徑流序列；計算M組標準化徑流指數，并通過游程理論提取干旱特征值；計算影響區域旱情的關鍵指標PI，將其作為協變量，構建非一致性條件下兩變量水文干旱聯合概率分布函數。基于最可能組合情景分別求取M組歷史基準時段與未來時段不同聯合重現期下的干旱歷時、烈度；基于M組最可能情景的中位數，量化干旱特征值的變化，評估氣候變化對流域未來水文干旱情勢的影響。本發明評估可靠性好，為應對未來氣候災害提供實踐價值。

技術領域

本發明屬于水文技術領域，涉及一種干旱預報預警技術，具體地說涉及一種氣候變化情景下水文旱情評估方法。

背景技術

作為全球分布最廣、發生最頻繁、影響最嚴峻的自然災害之一，干旱事件嚴重威脅著全球糧食安全、供水安全和生態安全。考慮到實際應用需求，干旱常被進行分類研究(氣象干旱、水文干旱、農業干旱、社會經濟干旱以及生態干旱)。其中，水文干旱，泛指降水短缺累積到一定程度導致地表徑流、河道流量減少、造成河流正常生境及地表、地下水體之間資源轉化關系異常的現象，在水資源管理以及各類涉水活動(例如農業灌溉、工業城市取用水等)中影響尤為明顯，是干旱事件中重要的類別，對區域水資源盈虧情況分析、水資源綜合規劃利用具有重要意義。全球氣候變化改變水文循環的熱力和動力環境，對蒸散發、降水、徑流和土壤濕度等氣象水文要素造成了直接或間接影響，使水資源時空分布不均的態勢加重，直接導致區域旱情發生改變，研究氣候變化對水文旱情的影響是當前研究的熱點與難點，對應對未來氣候災害、科學制定減排戰略具有重要的理論意義和實踐價值。

針對該問題，申請號為201710514498.7的發明專利^[1]提出了一種河流干旱災害情況預測方法，該方法基于Copula函數構建了基于歷史時段的干旱指數與時間的概率模型，對淮河流域未來干旱情況進行了預測，試圖在精細空間尺度上對流域未來水文干旱進行連續、動態、定量化、可視化分析，但該模型卻未考慮未來變化環境下統計概率模型的非一致性特征。在氣候變暖背景下，水文氣象時間序列包含趨勢、振蕩以及突變等種種特征，傳統基于序列一致性假設的干旱評估方法已不再適用。

考慮到氣候變化對流域水情以及水文干旱的深刻影響，申請號為201910485806.7的發明專利^[2]提出了一種反映非一致性干旱特征變量的干旱預警方法和裝置。該方法通過獲取目標區域在預設時段內的氣象干旱指數確定干旱特征變量序列，優選干旱序列的時變概率分布從而獲取反映非一致性干旱特性的預警信息。然而，該方法一方面未考慮干旱事件的多變量屬性特征。具體而言，不論是中等強度但長歷時的干旱事件，抑或短期的高強度干旱，均會造成巨大的社會經濟損失，但這些信息卻無法通過單一特征變量的頻率分析獲取。其次，單純基于時間為自變量的非一致性統計概率模型未能充分挖掘氣候變化對干旱災害影響的物理機制，不能有效適應未來徑流模式下的水文干旱情勢分析。

此外，降水是直接影響干旱的關鍵因素。當降水異常虧缺持續，引發土壤含水量降低，致使蒸散發過程受到抑制，空氣中水汽含量減少；此時流域水量平衡被打破，徑流量減少，水文干旱發生。但現階段未有文獻充分考慮氣候變暖背景下降水對水文旱情的驅動控制作用，并將其考慮為干旱情勢時變參數模型解釋變量，未能從干旱的驅動形成機理角度出發開展氣候變化下水文干旱的評估研究。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的不足，基于全球氣候模式集合(GCMs)，獲取歷史基準期與未來氣候變化下的降雨、徑流過程，從干旱的驅動形成關鍵變量出發，采用流域降水變率為協變量，考慮徑流系列的非一致性特征構建時變Copula模型，基于最可能組合模式，提出一種考慮氣候變化影響下的非一致性兩變量水文旱情評估方法。

本發明一種未來氣候變化情景下的水文旱情評估方法，包括以下步驟：