利用三维动态的干旱指标评估和预测大范围持续性干旱的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用三维动态的干旱指标评估和预测大范围持续性干旱的方法，包括：基于空间分辨率为0.1°×0.1°格点降水数据，动态地获取区域上连续达到干旱标准的格点，通过设置面积阈值，可以动态地获取空间上一致、时间上连续的大范围持续性（长历时）干旱过程，同时，从三维空间上获取干旱区内的干旱烈度、干旱峰值和干旱中心作为一次大范围持续性（长历时）干旱过程的其它参数。以此作为评估和预测大范围持续性（长历时）干旱过程的标准。

【技术实现步骤摘要】
利用三维动态的干旱指标评估和预测大范围持续性干旱的方法
本专利技术涉及一种利用三维动态的干旱指标评估和预测大范围持续性干旱的方法，属于环保

技术介绍
干旱是一种主要的自然灾害，由于其发生频率高、持续时间长、影响范围广、后续影响大的特点，受到了广泛的关注。干旱一般分为气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱4种类型，其中气象干旱是产生其它几类干旱的直接因素。气象干旱事件通常使用干旱指标确定和评估干旱的程度。Palmer(1965)提出的Palmer干旱指数(PalmerDroughtSeverityIndex，PDSI)、Mckee(1993)提出的标准化降水指数(StandardizedPrecipitationIndex,SPI)、Vicente-Serrano(2010)提出的标准化降水蒸散指数(StandardizedPrecipitationEvapotranspirationIndex,SPEI)、张强等(2006)发展的气象干旱综合指数(CI)等是我国常用的气象干旱指数，这些指数主要基于单站气象要素，可以很好地描述出现在单站的干旱状况。当研究某一指定区域的干旱特征时，最常用的方法是对研究区内各站点干旱指数值取平均，从而得到对应的区域平均序列。然后，再基于上述干旱指标，研究区域干旱特征。但是，一次大范围持续性(长历时)的干旱事件从开始、发展直到结束的过程是一种自然过程，用前述的干旱指标分析干旱过程时，虽有固定的起止时间，但是，干旱在空间上的动态分布特征却难以描述清楚。特别是基于区域平均的干旱评估，极大地坦化了干旱的强度，过大或过小地评估了干旱的面积，从而，弱化了干旱强度的评估和区域影响。因此，改善区域干旱评估和分析技术，是很有必要的。大范围持续性(长历时)干旱事件作为区域性干旱事件中一类特殊的干旱事件，面积多大，可谓为大范围干旱过程；持续时间有多长，才是持续性(长历时)干旱；由于干旱在空间分布是动态变化的，因此，干旱范围不是固定值。在不固定的干旱范围上，干旱持续时间的确定也有难度。因此，大范围持续性(长历时)干旱事件是一种尚未明确的干旱过程，目前尚无好的方法来准确的评估和预测大范围持续性(长历时)干旱。
技术实现思路
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种利用三维动态的干旱指标评估和预测大范围持续性干旱的方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种利用三维动态的干旱指标评估和预测大范围持续性干旱的方法，包括：基于构建的三维动态的干旱指标，基于空间分辨率为0.1°×0.1°格点降水数据，动态地获取区域上连续达到干旱标准的格点，通过设置面积阈值，动态地获取空间上一致、时间上连续的大范围持续性(长历时)干旱过程，同时，从三维空间上获取干旱区内的干旱烈度、干旱峰值和干旱中心作为一次大范围持续性(长历时)干旱过程的参数；动态地评估大范围持续性(长历时)干旱的强度和空间演变规律，跟踪干旱轨迹，从而实现对大范围持续性(长历时)干旱的评估和预测。其中，构建三维动态的干旱指标，三维动态的干旱指标包括参数：干旱面积指数、干旱历时指数、大范围持续性(长历时)干旱烈度指数、大范围持续性(长历时)干旱峰值指数、大范围持续性(长历时)干旱中心；(1)干旱面积指数IA：同一大范围持续性(长历时)干旱事件从其开始时间到干旱结束时间内(即在干旱历时ID之内)，逐日干旱格点数累积和与干旱历时的比值。(2)干旱历时指数ID：同一大范围干旱事件开始到结束的时间间隔。IA和ID两个指数相互关联，相关影响，其确定过程也是大范围持续性(长历时)干旱事件的动态识别过程。(3)大范围持续性(长历时)干旱烈度指数IS：一次大范围持续性(长历时)干旱事件过程中，各个格点的干旱烈度的累积和。(4)大范围持续性(长历时)干旱峰值指数Ip：一次大范围持续性(长历时)干旱事件过程中，所有达到特旱标准(SPI≤-2.0)的格点SPI值的累积和。(5)大范围持续性(长历时)干旱中心C：一次大范围持续性(长历时)干旱事件过程中，t时刻(t＝1,2,3,…,ID)逐日SPI值最小的格点作为t时刻的干旱中心。IS、Ip和C三个参数指标是一次大范围持续性(长历时)干旱事件的过程参数，可以刻画干旱事件的时空分布和演变特征，便于对不同大范围持续性(长历时)干旱事件进行比较。基于上述三维动态的干旱指标，动态地评估大范围持续性(长历时)干旱的强度和空间演变规律，跟踪干旱轨迹，从而实现对大范围持续性(长历时)干旱的科学预测和研究。有益效果：本专利技术提供的利用三维动态的干旱指标评估和预测大范围持续性干旱的方法，具有以下优点：构建了三维动态的干旱指标，提供了大范围持续性(长历时)干旱三维、动态指标的定义方法，实现了对不同地区的大范围持续性(长历时)干旱事件的统一定义，既反映了干旱事件在空间上的连续性和在时间上的持续性，也反映了干旱事件的自然演变过程，从而实现动态地识别大范围持续性(长历时)干旱过程，有助于对干旱事件演变及规律的认识和研究，对预测干旱和评估干旱影响有很大的作用。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。为了更好地定义大范围持续性(长历时)干旱指标，首先需要对大范围持续性(长历时)干旱事件进行识别。考虑到站点数据分布不均匀的情况，采用格点降水数据进行计算。格点降水数据为中国气象数据网提供的中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集(V1.0)，空间范围为70°E-140°E，15°N-60°N，空间分辨率为0.1°×0.1°。在计算时，首先将逐小时的降水数据累加到日尺度，然后分别计算各个格点的逐日标准化降水指数SPI，作为我国大范围持续性(长历时)干旱事件识别的基础序列。以SPI≤-0.5作为某格点发生干旱的初始阈值。为识别大范围持续性(长历时)干旱事件，定义如下指标。(1)干旱面积指数IA(Indexofarea)定义干旱面积指数IA为同一大范围持续性(长历时)干旱事件从其开始时间到结束时间(即干旱历时ID)内，逐日干旱格点数累积和与干旱历时的比值。考虑干旱范围随时间变化的因素，因此，每个干旱日的范围可能不同。以t时刻(某日)发生大范围干旱事件的格点占全国总格点数的百分比，为t时刻的干旱面积指数，用IA(t)表示。考虑我国的面积及区域差异，以10％作为面积指数的阈值。为了保证t时刻识别得到的干旱事件在空间上具有连续性，以t时刻达到干旱阈值标准的所有格点中SPI值最小的格点作为起始格点，以此格点为中心向外拓展，将空间上连续达到干旱标准的格点纳入统计范围，如果统计的格点总数占全国格点的比例达到阈值10％，则认为t时刻发生了大范围干旱事件；如果统计的格点总数占全国格点的比例达到阈值14％，则认为t时刻发生了极端大范围干旱事件。阈值10％和14％的确定是基于中国各省面积来确定的。表1是中国各省(直辖市)的面积表，可以看到，除了新疆、西藏、内蒙古三个省的面积达到并超过了10％以外，其余各省(除青海之外)面积均小于5％。华北地区(包括山东、山西、河北、河南、内蒙古自治区、北京市和天津市)的面积占全国面积的17.5％左右，如果不包括内蒙古自治区在内，华北地区的面积只有5.2％左右。中国西南地区(云南、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用三维动态的干旱指标评估和预测大范围持续性干旱的方法，其特征在于，包括：构建三维动态的干旱指标，其中，包括参数：干旱面积指数、干旱历时指数、大范围持续性干旱烈度指数、大范围持续性干旱峰值指数、大范围持续性干旱中心；基于构建的三维动态的干旱指标，基于空间分辨率为0.1°×0.1°格点降水数据，动态地获取区域上连续达到干旱标准的格点，通过设置面积阈值，动态地获取空间上一致、时间上连续的大范围持续性干旱过程，同时，从三维空间上获取干旱区内的干旱烈度、干旱峰值和干旱中心作为一次大范围持续性干旱过程的参数；动态地评估大范围持续性干旱的强度和空间演变规律，跟踪干旱轨迹，从而实现对大范围持续性干旱的评估和预测。

【技术特征摘要】
1.一种利用三维动态的干旱指标评估和预测大范围持续性干旱的方法，其特征在于，包括：构建三维动态的干旱指标，其中，包括参数：干旱面积指数、干旱历时指数、大范围持续性干旱烈度指数、大范围持续性干旱峰值指数、大范围持续性干旱中心；基于构建的三维动态的干旱指标，基于空间分辨率为0.1°×0.1°格点降水数据，动态地获取区域上连续达到干旱标准的格点，通过设置面积阈值，动态地获取空间上一致、时间上连续的大范围持续性干旱过程，同时，从三维空间上获取干旱区内的干旱烈度、干旱峰值和干旱中心作为一次大范围持续性干旱过程的参数；动态地评估大范围持续性干旱的强度和空间演变规律，跟踪干旱轨迹，从而实现对大范围持续性干旱的评估和预测。2.根据权利要求1所述的利用三维动态的干旱指标评估和预测大范围持续性干旱的方法，其特征在于，干旱面积指数IA：同一大范围持续性干旱事件从其开始时间到干旱结束时间内，即在干旱历时ID之内，逐日干旱格点数累积和与干旱历时的比值；干旱历时指数ID：同一大范围干旱事件开始到结束的时间间隔。3.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣艳淑，吕星玥，石丹丹，冯瑞瑞，殷雨婷，杨宜颖，韩靖博，黄婷婷，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32