[發明專利]考慮多要素空間依賴性的區域蒸散發變化歸因分析方法

有效

• 申請號: 202210081232.9
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114462518B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 鄒磊;陳婷;王飛宇;張永勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 李瑾;李連生

1.一種考慮多要素空間依賴性的區域蒸散發變化歸因分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟一、數據收集：收集目標研究區在研究時段內的氣象要素數據、地理要素數據、人類活動要素數據以及徑流數據；利用氣象數據及FAO Penman–Monteith方程計算目標研究區在研究時段內的潛在蒸散發；

步驟二、數據前處理：包括缺失數據的插補延長、數據空間插值和重采樣、數據轉換中的一項或幾項；計算各要素的面平均值；

步驟三、多要素空間聚類及流域特征綜合參數主控因子識別：

3-1根據降水數據、徑流數據及潛在蒸散發數據求解各流域的Budyko水熱耦合平衡方程中的流域特征綜合參數；

3-2根據已有研究及研究區域實際情況，挑選可以反映流域特征的因子；

3-3基于多要素空間聚類方法，利用挑選的反映流域特征的因子對研究區內的多個子流域進行空間聚類分區，并對聚類結果進行分析；

3-4對于聚類后的各分區，基于多元線性回歸方法，識別影響流域特征綜合參數的主控因子；

步驟四、構建考慮多要素空間依賴性的流域水熱平衡模型：根據先驗知識確定流域特征綜合參數的先驗分布，先驗分布中的未知參數為超參數；根據流域相鄰關系確定因子間的空間依賴關系；將因子間的空間依賴關系作為變量納入到超參數和主控因子的逐步回歸模型中，該模型即為流域特征綜合參數和主控因子間的層次貝葉斯模型；將基于層次貝葉斯模型估計的流域特征綜合參數經驗關系式帶入Budyko水熱平衡關系式中，此時的Budyko方程即為考慮多要素空間依賴性的流域水熱耦合平衡模型；

步驟五、定量歸因區域蒸散發變化：基于彈性系數法，定量分析目標研究區域內各分區各影響因素對蒸散發變化的影響。

2.根據權利要求1所述的一種考慮多要素空間依賴性的區域蒸散發變化歸因分析方法，其特征在于，步驟一中所述氣象要素數據包括降水、氣溫、氣壓、蒸發、相對濕度、風速風向、日照及輻射數據；地理要素數據包括高程、坡度、坡向、植被覆蓋、土壤飽和水力傳導度數據；人類活動要素數據包括單位面積農業灌溉用水、單位面積建成區比例、單位面積GDP數據。

3.根據權利要求1所述的一種考慮多要素空間依賴性的區域蒸散發變化歸因分析方法，其特征在于，步驟一FAO Penman–Monteith方程的具體計算步驟為：

式中，PE為蒸散發量，mm/d；△為飽和水汽壓斜率，kPa/℃；R_n為地表凈輻射，MJ/(m²*d)；G為土壤熱通量，MJ/(m²*d)；γ為干濕表常數，kPa/℃；T_mean為日平均溫度，℃；u₂為2米高處風速，m/s；e_s為飽和水汽壓，kPa；e_a為實際水汽壓，kPa。

4.根據權利要求1所述的一種考慮多要素空間依賴性的區域蒸散發變化歸因分析方法，其特征在于，步驟二所述的各要素的面平均值的計算方法為泰森多邊形法，其具體步驟為：

步驟2-1：利用Gis軟件將研究區內的各待研究對象值提取到氣象站點；

步驟2-2：將研究區域內所有相鄰氣象站連成三角形；

步驟2-3：依次做這些三角形各邊的垂直平分線；

步驟2-4：將每個氣象站點周圍的若干垂直平分線圍城一個多邊形，該多邊形稱作泰森多邊形；

步驟2-5：用泰森多邊形內包含的唯一氣象站點處的要素值表示該多邊形區域內的平均值；

步驟2-6：區域內所有的泰森多邊形構成多邊形網，將每個多邊形在多邊形網的權重系數與要素區域平均值相乘后累加可獲得要素在整個研究區域的面平均值：

X＝f₁X₁+f₂X₂+…f_mX_m

其中，m為站點個數，X₁,X₂,…,X_m為各站點處的要素值，f₁,f₂,…,f_m為各多邊形的權重系數。