[發明專利]一種生態干旱的監測與評估方法

有效

• 申請號: 202110056150.4
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112765808B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 付健;張金良;譚培穎;雷添杰;黃錦濤;李翔宇
• 申請（專利權）人: 黃河勘測規劃設計研究院有限公司;中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01D21/02
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 何凡

1.一種生態干旱的監測與評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、采集研究區域的多源數據，并利用多源數據構建生態干旱災害數據庫；

S2、根據多源數據計算研究區域的水文氣象與水文干旱指標，并提取水文干旱特征；

S3、對水文干旱特征進行時空規律與演變特征分析，根據分析結果實現對研究區域的生態干旱監測；

S4、根據多源數據構建Biome-BGC模型，計算得到研究區域的生態系統凈初級生產力；

S5、根據水文干旱特征和生態系統凈初級生產力，采用隨機森林模型得到研究區域的綜合生態系統生產力，并將綜合生態系統生產力作為生態干旱損失的評估值，實現對研究區域的生態干旱評估；

所述步驟S2包括以下分步驟：

S21、根據研究區域的水系分布，采用泰森多邊形法對研究區域進行劃分，將水文測站點作為多邊形的離散數據中心點，根據逐日水文氣象觀測數據中的降水、河道徑流、水庫水位和地下水位，計算研究區域的水文氣象與水文干旱指標；所述水文氣象與水文干旱指標包括標準化降水指數、降水蒸散發指數、土壤濕度指數、河道流量指數、地下水位指數和水庫蓄量指數；

S22、采用閾值法進行不同時間尺度的水文干旱識別，并采用游程理論提取水文干旱特征；所述水文干旱特征包括干旱歷時、干旱烈度、干旱峰度和干旱頻率；

所述步驟S3包括以下分步驟：

S31、根據水文干旱特征，基于ArcGIS進行空間分析，得到水文干旱時空規律與演變特征；

S32、采用時間序列分析水文干旱時空規律與演變特征，得到水文干旱發生的周期性、突變性和趨勢性；

S33、采用小波變換法分解各個水文站徑流水文時間序列及地下水位時間序列中的周期性成分、突變點和趨勢；

S34、采用極值模態分解法與經驗模態分解法分解水文時間序列變化中的氣候變化成分；

S35、統計對比步驟S21劃分的子區域內的干旱年和正常年，選取具有相似地理特征但具有不同功能、不同庫容、不同運行調度規則的水庫，采用多元回歸對比分析建庫前后及水庫上下游、水庫供水區與非供水區的水文干旱特征差異，根據地表水干旱指標、地下水位干旱指標及水庫容量指標，定量分析水庫與水庫群調節對水文干旱特征的差異性影響；

S36、采用主成分變換法將水文干旱時空規律與演變特征與歸一化植被指數、濕度指數、干度指標以及熱度指標進行耦合，得到從水文干旱到生態干旱的耦合模型，對研究區域進行生態干旱監測。

2.根據權利要求1所述的生態干旱的監測與評估方法，其特征在于，所述步驟S1中的多源數據包括自然地理資料數據、站點水文數據、水利普查數據、遙感資料數據、歷年災情統計資料數據和中國陸地生態系統通量觀測研究網絡的碳-水交換通量長期連續觀測數據；

所述自然地理資料數據包括數字高程模型、土壤墑情數據、水文地質資料數據和土地覆蓋面積；

所述站點水文數據包括逐月降水數據、蒸散發數據、徑流數據、溫度變化數據和土壤含水量；

所述水利普查數據包括水庫容量與數量和主要用水用戶；

所述遙感資料數據包括多期衛星遙感土地利用覆蓋數據、遙感估算蒸散發數據和土壤濕度產品數據；

所述歷年災情統計資料數據包括研究區域的各縣旱災損失數據、受旱面積、受旱人口和災害損失量；

所述中國陸地生態系統通量觀測研究網絡的碳-水交換通量長期連續觀測數據包括生態系統總初級生產力、生態系統總呼吸、生態系統凈碳交換、潛熱、顯熱、不同生態系統生理生態參數、多年生物量和凈初級生產力資料數據。

3.根據權利要求1所述的生態干旱的監測與評估方法，其特征在于，所述步驟S22中采用游程理論提取水文干旱特征的具體方法為：

A1、設置截取水平R1為月降水量距平百分比的10％；

A2、當月降水量序列X_i在一個或多個時間段都小于R1時，即出現了負游程，判定該時間段發生了干旱，將負游程的長度作為干旱歷時，將負游程的面積作為干旱烈度，將負游程的極值作為干旱峰度，其中X_i＝{X₁,X₂,X₃,...,X_N}；

A3、根據干旱判斷及合并準則對干旱情況進行合并。