降水和初始状态对干旱过程影响的定量分析方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种降水和初始状态对干旱过程影响的定量分析方法及系统，包括：获取研究流域历史水文气象实测数据，驱动水文模型以得到模拟土壤含水量，并输出初始状态文件；根据所述模拟土壤含水量计算对应的土壤含水量距平指数，据以识别历史干旱事件；基于所述初始状态文件分别选取不同的初始状态，结合实际气象数据或不同降水数据，分别进行对应的初始状态或降水对所述历史干旱事件过程影响的定量分析。本申请通过采用不确定度指标以反映土壤含水量距平指数的误差特性，不仅计算简单、具有科学性，而且可以实现量化降水和初始状态引起的干旱过程模拟及预报不确定性，为改进气象水文耦合干旱过程模拟及预报提供基础。水文耦合干旱过程模拟及预报提供基础。水文耦合干旱过程模拟及预报提供基础。

【技术实现步骤摘要】
降水和初始状态对干旱过程影响的定量分析方法及系统


[0001]本申请涉及水文物理规律模拟及预报
，特别是涉及一种降水和初始状态对干旱过程影响的定量分析方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着大气模式预报技术的进步以及预报水平的提高，气象水文耦合模型已经得到了快速的发展，已经广泛应用到干旱过程模拟及预报中，为旱情时空变化提供相关信息。
[0003]气象水文耦合方法的不确定性主要来源包括作为水文模型本身、输入降水的不确定性、以及输入的初始状态的不确定性等。其中，初始状态即为初始水文状态，包括积雪状态、土壤含水量状态或地下水中储存的水，控制着流域径流的产生。精确的降水和初始状态是高精度气象水文耦合的干旱模拟及预报的基础，因此，分析降水和初始状态的不确定性对气象水文耦合的干旱模拟与及预报的影响及其机制的研究尤为重要。
[0004]通常，采用实际的初始状态、实测及大气模式(非实测)降水数据，或者实际的降水数据、不同初始状态的集合作为水文模型的输入，分别获得不同降水数据、不同初始状态下的季节尺度径流预报结果，分析降水和初始状态不确定性对干旱模拟及预报的影响。现有的结果多从定性的角度判断干旱过程的各阶段中，是降水不确定性为主导因素，抑或是初始状态为主导因素，缺少对降水和初始状态对干旱过程模拟及预报不确定性的定量分析。
[0005]同时，干旱可分为气象干旱、水文干旱和农业干旱，对于不同类型的干旱，通常选取不同的干旱指数来反映干旱程度的指标，可用降水、径流、土壤含水量等水文变量表征。对于农业干旱，由于土壤水分持续不足而造成的作物体内水分亏缺，造成农作物减产，给经济社会带来了巨大的影响，因此研究农业干旱的发生发展特征是抗旱减灾的重要基础，但是现有技术对于气象水文耦合的农业干旱过程模拟、预报及其不确定性分析仍不够深入。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种降水和初始状态对干旱过程影响的定量分析方法及系统，用于解决现有技术中缺乏气象水文耦合的农业干旱过程模拟及预报的不确定性定量分析方法的技术问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种降水和初始状态对干旱过程影响的定量分析方法，所述方法包括：获取研究流域历史水文气象实测数据，驱动水文模型以得到模拟土壤含水量，并输出初始状态文件；根据所述模拟土壤含水量计算对应的土壤含水量距平指数，据以识别历史干旱事件；基于所述初始状态文件分别选取不同的初始状态，结合实际气象数据或不同降水数据，分别进行对应的初始状态或降水对所述历史干旱事件过程影响的定量分析。
[0008]于本申请的第一方面的一些实施例中，土壤含水量距平指数的计算公式为：于本申请的第一方面的一些实施例中，土壤含水量距平指数的计算公式为：其中，SMAPI表示研究流域各网格每日的土壤含水量距平指数；SM
表示通过水文模型得到的各网格当前的模拟土壤含水量；表示各网格模拟土壤含水量逐日多年平均值，其计算公式为：其中，i表示第i年；n表示总年数；SM
i
表示通过水文模型模拟获得的各网格第i年的模拟土壤含水量。
[0009]于本申请的第一方面的一些实施例中，根据土壤含水量距平指数SMAPI以识别历史干旱事件，包括：当研究流域的平均土壤含水量距平指数的连续天数不小于第一预设天数时，判断为干旱发生，记录为一次历史干旱事件；当两次历史干旱事件之间的时间间隔小于第二预设天数时，将所述两次历史干旱事件合并记为一次历史干旱事件；其中，平均土壤含水量距平指数通过对研究流域内各网格每日的土壤含水量距平指数SMAPI值进行平均求得。
[0010]于本申请的第一方面的一些实施例中，所述基于所述初始状态文件分别选取不同的初始状态，结合实际气象数据或不同降水数据，分别进行对应的初始状态或降水对所述历史干旱事件过程影响的定量分析，具体包括：选取任一次所述历史干旱事件的历史干旱起始日期对应预设年限内历史同期的多个初始状态，并结合实际气象数据驱动水文模型，以得到对应不同初始状态的土壤含水量距平指数，并通过计算第一不确定度以定量分析初始状态对所述历史干旱事件的影响；选取任一次所述历史干旱事件的历史干旱起始日期当天的初始状态，并结合给定的不同的降水数据驱动水文模型，以得到对应不同降水数据的土壤含水量距平指数，并通关计算第二不确定度以定量分析降水对所述干旱历史事件的影响。
[0011]于本申请的第一方面的一些实施例中，所述第一不确定度的计算公式为：于本申请的第一方面的一些实施例中，所述第一不确定度的计算公式为：其中，N表示预设年限，即选取的任一次所述历史干旱事件的历史干旱起始日期对应的历史同期的N个初始状态；i表示第i个初始状态；SMAPI
t,i
表示本次历史干旱事件过程第t天、第i个初始状态对应的SMAPI测量值；SMAPI
t
表示本次历史干旱事件过程第t天、实际初始状态和实际降水数据对应的SMAPI真值。
[0012]于本申请的第一方面的一些实施例中，所述第二不确定度的计算公式为：于本申请的第一方面的一些实施例中，所述第二不确定度的计算公式为：其中，m表示研究流域内识别的m次历史干旱事件；j表示第j次历史干旱事件；SMAPI
t
′
,j
表示第t
’
天、第j次历史干旱事件对应的SMAPI测量值；SMAPI
t
′
表示第t
’
天、实际降水数据和实际初始状态对应的SMAPI真值。
[0013]为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第二方面提供一种降水和初始状态对干旱过程影响的定量分析系统，包括：数据获取模块，用于获取研究流域历史水文气象实测数据，驱动水文模型以得到模拟土壤含水量，并输出初始状态文件；干旱识别模块，用于根据所述模拟土壤含水量计算对应的土壤含水量距平指数，据以识别历史干旱事件；定量分析模块，用于基于所述初始状态文件分别选取不同的初始状态，结合实际气象数据或不同降水数据，分别进行对应的初始状态或降水对所述历史干旱事件过程影响的定量分析。
[0014]为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上所
述的方法。
[0015]为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第三方面提供一种计算机设备，包括：存储器、处理器；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行如上所述的方法。
[0016]综上所述，本申请提供的一种降水和初始状态对干旱过程影响的定量分析方法及系统，具有以下有益效果：本申请通过采用不确定度指标以反映土壤含水量距平指数的误差特性，不仅计算简单、具有科学性，而且可以实现量化降水和初始状态引起的干旱过程模拟及预报不确定性，为改进气象水文耦合干旱过程模拟及预报提供基础。
附图说明
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降水和初始状态对干旱过程影响的定量分析方法，其特征在于，所述方法包括：获取研究流域历史水文气象实测数据，驱动水文模型以得到模拟土壤含水量，并输出初始状态文件；根据所述模拟土壤含水量计算对应的土壤含水量距平指数，据以识别历史干旱事件；基于所述初始状态文件分别选取不同的初始状态，结合实际气象数据或不同降水数据，分别进行对应的初始状态或降水对所述历史干旱事件过程影响的定量分析。2.根据权利要求1所述的降水和初始状态对干旱过程影响的定量分析方法，其特征在于，所述土壤含水量距平指数的计算公式为：其中，SMAPI表示研究流域各网格每日的土壤含水量距平指数；SM表示通过水文模型得到的各网格当前的模拟土壤含水量；表示各网格模拟土壤含水量逐日多年平均值，其计算公式为：其中，i表示第i年；n表示总年数；SM
i
表示通过水文模型模拟获得的各网格第i年的模拟土壤含水量。3.根据权利要求2所述的降水和初始状态对干旱过程影响的定量分析方法，其特征在于，根据土壤含水量距平指数SMAPI以识别历史干旱事件，包括：当研究流域的平均土壤含水量距平指数的连续天数不小于第一预设天数时，判断为干旱发生，记录为一次历史干旱事件；当两次历史干旱事件之间的时间间隔小于第二预设天数时，将所述两次历史干旱事件合并记为一次历史干旱事件；其中，平均土壤含水量距平指数通过对研究流域内各网格每日的土壤含水量距平指数SMAPI值进行平均求得。4.根据权利要求1所述的降水和初始状态对干旱过程影响的定量分析方法，其特征在于，所述基于所述初始状态文件分别选取不同的初始状态，结合实际气象数据或不同降水数据，分别进行对应的初始状态或降水对所述历史干旱事件过程影响的定量分析，具体包括：选取任一次所述历史干旱事件的历史干旱起始日期对应预设年限内历史同期的多个初始状态，并结合实际气象数据驱动水文模型，以得到对应不同初始状态的土壤含水量距平指数，并通过计算第一不确定度以定量分析初始状态对所述历史干旱事件的影响；选取任一次所述历史干旱事件的历史干旱起始日期当天的初始状态，并结合给定的不同的降水数据驱动水文模型，以得到对应不同降水数据的土壤含水...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐华亭，
申请(专利权)人：上海勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：