[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

本發明公開了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，所述方法包括：步驟一、搜集研究區的氣象要素、地理要素、人類活動要素數據集及研究區內水文站點徑流數據；步驟二、數據前處理；步驟三、利用空間聚類方法對研究區內不同流域進行聚類分區，在每個分區內采用多元線性回歸方法篩選Budyko水熱耦合平衡方程中流域特征綜合參數的主控因子；步驟四、基于層次貝葉斯模型構建考慮多要素空間依賴性的流域水熱耦合平衡模型；步驟五、利用彈性系數法定量區分各要素對區域蒸散發變化的影響。本發明方法可以考慮多要素空間依賴性對于區域蒸散發變化的影響，提高了流域水熱耦合平衡模型的模擬精度，進而有助于準確定量區分各要素對蒸散發變化的貢獻，對于區域水資源調控和科學管理、農業生產和生態建設具有重要意義。

技術領域

本發明涉及流域蒸散發演變及歸因領域，具體涉及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。

背景技術

地表蒸散發是陸地水熱平衡的重要組成部分，其在地表與大氣的物質循環與能量交換中扮演著重要角色。地表蒸散發將約60％的降水量輸送回大氣，進而對降水過程產生影響；同時，蒸散發過程中吸收的潛熱通量又保證了地表氣溫的穩定。因此區域蒸散發變化對區域水文循環及氣候系統變化具有重要意義。由于蒸散發量難以直接測定，需要尋找有效途徑或方法對其進行準確估算；同時，區域蒸散發過程受當地氣候、下墊面及人類活動等多種因素的影響，如何對其進行歸因及量化是當下的研究重點之一。

在蒸散發研究中，重點是對實際蒸散發的獲取。實際蒸散發的計算過程以氣候學計算方法為主，但是該方法計算繁瑣，并且需要大量基礎數據，實際使用較為繁瑣。此外，一些理論被廣泛使用，如Penman正比假設理論、Bouchet互補相關理論、Budyko水熱耦合平衡理論等。Penman正比假設認為實際蒸散量與可能蒸散量成正比，但是這一假設過于粗糙，不能充分反映蒸散發過程中各環節的影響。Bouchet互補相關理論認為區域實際蒸散量與潛在蒸散量之間為互補關系，該理論與正比假設相反，這說明在特定地區，實際蒸散量與潛在蒸散量只能符合某一種關系，因此他們的使用具有一定局限性。

Budyko水熱耦合平衡理論認為區域的水分供給(降水)與大氣蒸散發需求(潛在蒸散發)控制區域長期水量平衡，這一假設闡明了流域蒸散發和降水及能量間的關系。該理論結構簡單，物理機制明確，因此被廣泛用于區域蒸散發或產流估算。在Budyko方程的實際使用過程中，學者們發現除氣候特征外，流域植被、土壤、地形等特征也會對水文循環過程產生影響，因此流域特征綜合參數被納入到Budyko框架中。同時，包含流域特征綜合參數的Budyko方程的微分形式極易推導出徑流或蒸散發對氣候變量及流域特征變量的敏感性解析式，因而可用于定量歸因區域徑流或蒸散發變化。

基于Budyko水熱耦合平衡方程的區域蒸散發研究多基于流域獨立性假設，而忽視了不同區域多要素空間依賴性對蒸散發的影響，即某一流域的蒸散發變化不僅受區域內氣候、自然地理和社會經濟等多要素相互作用關系的影響，也同時受到鄰近流域多要素的協同作用影響，對空間依賴性的考慮不足將影響蒸散發變化歸因分析結果的準確性，導致區域蒸散發變化響應機制區域差異化解析不充分。因此，亟需構建考慮空間依賴性的流域水熱平衡模型，進而準確反映蒸散發變化的區域差異，提高區域蒸散發變化歸因分析的準確性，這對水資源區域化管理的科學決策具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供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，旨在解決定量確定多要素及其空間依賴性對蒸散發變化影響的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

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，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；