[發(fā)明專利]一種基于條件概率高時(shí)空分辨率的干旱傳播時(shí)間計(jì)算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111161033.0
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113946796A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃生志;李逸飛;馬川惠;冷國勇;王韓葉;方偉;鄧銘江
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G06F17/15;G06F17/16
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 涂秀清

本發(fā)明公開了一種基于條件概率高時(shí)空分辨率的干旱傳播時(shí)間計(jì)算方法，包括以下步驟：步驟1：搜集指定的降水?dāng)?shù)據(jù)與土壤濕度數(shù)據(jù)，將處理為旬尺度序列，得到具有高空間分辨率的網(wǎng)格化降水?dāng)?shù)據(jù)與土壤濕度數(shù)據(jù)；步驟2：計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)；計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)化土壤濕度指數(shù)；步驟3：建立標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化土壤濕度指數(shù)之間具有最佳相依關(guān)系的聯(lián)合分布；步驟4：計(jì)算不同等級氣象干旱條件下導(dǎo)致農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的概率，并設(shè)置閾值區(qū)間；若農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的概率達(dá)到閾值要求，則得到氣象干旱到農(nóng)業(yè)干旱的傳播時(shí)間。本發(fā)明提高了干旱傳播時(shí)間的計(jì)算精度，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)水資源管理與農(nóng)業(yè)干旱的預(yù)防提供指導(dǎo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于干旱管理與應(yīng)對技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于條件概率高時(shí)空分辨率的干旱傳播時(shí)間計(jì)算方法。

背景技術(shù)

干旱是由于降水長期短缺而引發(fā)的一種極端自然災(zāi)害，旱災(zāi)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響尤為嚴(yán)重。因受旱造成糧食的減產(chǎn)占各種自然災(zāi)害造成糧食損失的60％以上。農(nóng)業(yè)干旱的源頭在氣象干旱，尤其在雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，由于缺乏灌溉設(shè)施，氣象干旱發(fā)生后往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)干旱。確定氣象到農(nóng)業(yè)干旱的傳播時(shí)間對農(nóng)業(yè)干旱的早期預(yù)警具有重大意義；

以往對于氣象干旱到農(nóng)業(yè)干旱傳播時(shí)間的評估方法比較簡單粗糙，存在以下不足，首先方法理論不完整，普遍采用相關(guān)系數(shù)法來捕捉大氣系統(tǒng)與土壤系統(tǒng)的相依關(guān)系，并通過與具有一定時(shí)間尺度的氣象干旱指數(shù)和固定時(shí)間尺度的農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)序列的最大相關(guān)系數(shù)來確定傳播時(shí)間，該方法由于指數(shù)序列中含有的非干旱信息而使得計(jì)算出的傳播時(shí)間是大氣系統(tǒng)與土壤系統(tǒng)之間的最佳響應(yīng)時(shí)間，而非單純的干旱傳播時(shí)間。此外傳統(tǒng)法僅能提供氣象干旱到農(nóng)業(yè)干旱的整體而籠統(tǒng)的傳播時(shí)間，無法反映在不同等級氣象干旱的脅迫下的干旱傳播過程，最后在刻畫傳播時(shí)間的時(shí)空精度上，傳統(tǒng)方法較為粗糙，以月和站點(diǎn)為單位計(jì)算得到的傳播時(shí)間明顯無法滿足對于實(shí)際農(nóng)業(yè)干旱預(yù)警的要求。如何確定具有完整理論基礎(chǔ)以及具有高時(shí)空分辨率，可以反應(yīng)不同等級氣象干旱到農(nóng)業(yè)干旱傳播時(shí)間的評估方法，是建立農(nóng)業(yè)干旱早期預(yù)警平臺(tái)過程中的一個(gè)急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于條件概率高時(shí)空分辨率的干旱傳播時(shí)間計(jì)算方法，解決了目前農(nóng)業(yè)干旱傳播時(shí)間的評估方法存在的實(shí)際農(nóng)業(yè)干旱預(yù)警以及方法理論的完整度有待進(jìn)一步提高的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，

一種基于條件概率高時(shí)空分辨率的干旱傳播時(shí)間計(jì)算方法，包括以下步驟：

步驟1：搜集指定的降水?dāng)?shù)據(jù)與土壤濕度數(shù)據(jù)，將降水?dāng)?shù)據(jù)與土壤濕度數(shù)據(jù)處理為旬尺度序列，采用空間插值方法處理降水?dāng)?shù)據(jù)與土壤濕度數(shù)據(jù)的得到具有高空間分辨率的網(wǎng)格化降水?dāng)?shù)據(jù)與土壤濕度數(shù)據(jù)；

步驟2：根據(jù)網(wǎng)格化后的降水?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)，來表征氣象干旱；以網(wǎng)格化后的土壤濕度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)化土壤濕度指數(shù)，來表征農(nóng)業(yè)干旱；

步驟3：通過Copula理論建立標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化土壤濕度指數(shù)之間具有最佳相依關(guān)系的聯(lián)合分布；

步驟4：基于聯(lián)合分布得到條件概率公式，通過條件概率公式計(jì)算不同等級氣象干旱條件下導(dǎo)致農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的概率，并設(shè)置閾值區(qū)間；判斷農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的概率是否達(dá)到閾值要求，若農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的概率未達(dá)到閾值要求，則調(diào)整閾值區(qū)間再次判斷概率是否達(dá)到閾值，若農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的概率達(dá)到閾值要求，則得到氣象干旱到農(nóng)業(yè)干旱的傳播時(shí)間。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

在步驟2中：計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)具體為：使用雙參數(shù)伽馬分布函數(shù)來計(jì)算網(wǎng)格化后的降水?dāng)?shù)據(jù)與土壤濕度數(shù)據(jù)對應(yīng)的概率，然后將概率值進(jìn)行正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理得到標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)得到不同時(shí)間尺度下的干旱特征；計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化土壤濕度指數(shù)具體為：求取網(wǎng)格化土壤濕度序列的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，然后將土壤濕度數(shù)據(jù)減土壤濕度平均值并除以土壤濕度標(biāo)準(zhǔn)差得到標(biāo)準(zhǔn)化土壤濕度指數(shù)。

步驟3中，聯(lián)合分布計(jì)算公式如下公式(6)：