基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法和系统，该方法包括：随机选取三个独立的地下水储量异常数据集；根据随机选取的三个独立的地下水储量异常数据集，进行协方差、数值变化敏感度、随机误差方差解算，并构建得到地下水加权融合模型；基于构建得到的地下水加权融合模型，进行地下水储量异常估算，得到地下水储量异常估算结果，并输出。本发明专利技术利用ETC方法计算的与未知实测值之间的相关系数平方和误差方差来构建权重因子，并赋予基于GRACE和多种水文模型数据的GWSA以权重，从而对这些GWSA结果进行融合，充分保留了各水文模型数据的优点，提高了GRACE区域地下水储量估算的准确性。GRACE区域地下水储量估算的准确性。GRACE区域地下水储量估算的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性方法


[0001]本专利技术属于卫星重力学、水文学等交叉
，尤其涉及一种基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性方法。

技术介绍

[0002]地下水是陆地水储量(TWS)的重要组成部分，在全球水循环中具有重要的作用。由于气温变暖、人口增加和农业用地扩张，对水的需求增加，水资源的压力越来越大，已经对水安全构成了威胁。超过38％的世界人口生活在干旱或半干旱地区，而且全球约40％的地下水抽取发生在这些地区，此外，这些地区的地下水仅获得2％的补给，因此在这些地方地下水正在被迅速消耗。然而，传统的地下水储量观测主要是采用地下水位监测井进行监测，这种方法可以提供具有高时空分辨率的地下水位测量；但是在许多地区，水位监测受到了限制，如监测井分布不均，建立和维护观测站既昂贵又费时，导致观察记录又短又不连续，因此，实测数据不适合大规模气候研究。

技术实现思路

[0003]本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性方法，提出一种新型的地下水加权融合模型，该新型的地下水加权融合模型利用ETC方法计算的与未知实测值之间的相关系数平方和误差方差来构建权重因子，并赋予基于GRACE和多种水文模型数据的GWSA以权重，从而对这些GWSA结果进行融合，充分保留了各水文模型数据的优点，提高了GRACE区域地下水储量估算的准确性。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法，包括：
[0005]随机选取三个独立的地下水储量异常数据集；
[0006]根据随机选取的三个独立的地下水储量异常数据集，进行协方差、数值变化敏感度、随机误差方差解算，得到各地下水储量异常数据集的相关系数和随机误差方差；
[0007]根据得到的各地下水储量异常数据集的相关系数和随机误差方差，构建得到地下水加权融合模型；
[0008]基于构建得到的地下水加权融合模型，进行地下水储量异常估算，得到地下水储量异常估算结果，并输出。
[0009]在上述基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法中，随机选取的三个独立的地下水储量异常数据集分别为：由重力恢复与气候实验卫星数据分别联合GLDAS水文模型、ERA5再分析数据集、WGHM水文模型，得到的第一地下水储量异常数据集S1、第二地下水储量异常数据集S2、第二地下水储量异常数据集S3。
[0010]在上述基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法中，根据获取的三个独立的地下水储量异常数据集，进行协方差、数值变化敏感度、随机误差方差解算，得到各地下水储量异常数据集的相关系数和随机误差方差，包括：
[0011]根据获取的三个独立的地下水储量异常数据集S
i
，进行协方差解算，得到各地下水储量异常数据集之间的协方差cov(S
i
,S
j
)；其中，i∈[1,2,3]，j∈[1,2,3]；
[0012]根据cov(S
i
,S
j
)，进行数值变化敏感度和随机误差方差解算，得到S
i
的数值变化敏感度K
i
和S
i
的随机误差方差
[0013]根据K
i
和解算得到S
i
的相关系数ρ
i,Θ
。
[0014]在上述基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法中，cov(S
i
,S
j
)的解算公式如下：
[0015]cov(S
i
,S
j
)＝E(S
i
S
j
)
‑
E(S
i
)E(S
j
)
···
(1)
[0016]其中，E(S
i
S
j
)表示S
i
S
j
的数学期望，E(S
i
)表示S
i
的数学期望，E(S
j
)表示S
j
的数学期望。
[0017]在上述基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法中，S
i
的数值变化敏感度K
i
的解算流程如下：
[0018]将cov(S
i
,S
j
)记作C
ij
；
[0019]根据C
ij
，通过如下式(2)解算得到S
i
的数值变化敏感度K
i
：
[0020][0021]在上述基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法中，S
i
的随机误差方差的解算公式如下：
[0022][0023]在上述基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法中，S
i
的相关系数ρ
i,Θ
的解算公式如下：
[0024][0025]在上述基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法中，根据各地下水储量异常数据集的相关系数和随机误差方差，构建得到地下水加权融合模型，包括：
[0026]根据ρ
i,Θ
和确定地下水加权融合模型的权重W
i
；
[0027]根据各独立的地下水储量异常数据集在同一位置的时间序列M
i
和确定的W
i
，构建得到如下地下水加权融合模型Y
model
：
[0028]Y
model
＝W1M1+W2M2+W3M3···
(5)。
[0029]在上述基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法中，地下水加权融合模型的权重W
i
的解算公式如下：
[0030][0031]相应的，本专利技术还公开了一种基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的系统，包括：
[0032]数据集选取模块，用于随机选取三个独立的地下水储量异常数据集；
[0033]解算模块，用于根据随机选取的三个独立的地下水储量异常数据集，进行协方差、数值变化敏感度、随机误差方差解算，得到各地下水储量异常数据集的相关系数和随机误差方差；
[0034]模型构建模块，用于根据得到的各地下水储量异常数据集的相关系数和随机误差方差，构建得到地下水加权融合模型；
[0035]异常估算模块，用于基于构建得到的地下水加权融合模型，进行地下水储量异常估算，得到地下水储量异常估算结果，并输出。
[0036]本专利技术具有以下优点：
[0037]本专利技术公开了一种基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法，提供一种基于地下水加权融合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法，其特征在于，包括：随机选取三个独立的地下水储量异常数据集；根据随机选取的三个独立的地下水储量异常数据集，进行协方差、数值变化敏感度、随机误差方差解算，得到各地下水储量异常数据集的相关系数和随机误差方差；根据得到的各地下水储量异常数据集的相关系数和随机误差方差，构建得到地下水加权融合模型；基于构建得到的地下水加权融合模型，进行地下水储量异常估算，得到地下水储量异常估算结果，并输出。2.根据权利要求1所述的基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法，其特征在于，随机选取的三个独立的地下水储量异常数据集分别为：由重力恢复与气候实验卫星数据分别联合GLDAS水文模型、ERA5再分析数据集、WGHM水文模型，得到的第一地下水储量异常数据集S1、第二地下水储量异常数据集S2、第二地下水储量异常数据集S3。3.根据权利要求2所述的基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法，其特征在于，根据获取的三个独立的地下水储量异常数据集，进行协方差、数值变化敏感度、随机误差方差解算，得到各地下水储量异常数据集的相关系数和随机误差方差，包括：根据获取的三个独立的地下水储量异常数据集S
i
，进行协方差解算，得到各地下水储量异常数据集之间的协方差cov(S
i
,S
j
)；其中，i∈[1,2,3]，j∈[1,2,3]；根据cov(S
i
,S
j
)，进行数值变化敏感度和随机误差方差解算，得到S
i
的数值变化敏感度K
i
和S
i
的随机误差方差根据K
i
和解算得到S
i
的相关系数ρ
i,Θ
。4.根据权利要求3所述的基于地下水加权融合模型提高区域地下水储量准确性的方法，其特征在于，cov(S
i
,S
j
)的解算公式如下：cov(S
i
,S
j
)＝E(S
i
S
j
)
‑
E(S
i
)E(S
j
)
···
(1)其中，E(S
i
S
j
)表示S
i
S
j
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟，尹文杰，苏凯，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：