考虑气候-植被-取用水影响的径流变化归因方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了考虑气候

【技术实现步骤摘要】
考虑气候
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植被
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取用水影响的径流变化归因方法、装置及系统


[0001]本专利技术属于流域径流变化归因识别
，具体涉及一种考虑气候
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植被
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取用水影响的径流变化归因方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]近年来，变化环境下水文循环与水资源演化机制的研究逐渐成为热点，受气候变化和人类活动的影响，不同流域的径流也呈现复杂多变的水文情势，特别在气候
‑
植被
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取用水显著变化的背景下，定量归因气候变化和人类活动对径流变化影响有十分重要的意义。
[0003]针对环境变化对径流的影响，已经开展了一些研究，传统的径流归因方法主要分为三大类：统计分析法、弹性分析法和水文模拟法，相关研究存在着不同的问题，第一，传统水文方法对气象要素考虑不同，例如：统计分析法主要考虑降水，弹性分析法考虑降水和潜在蒸散发，水文模拟考虑降水、气温和风速，较为全面；第二，对于人类活动(植被覆盖和人工取用水变化)的影响较难划分；第三，缺乏土地利用/植被覆盖变化对径流影响的认识，特别是如何分离气候变化和人类活动造成的植被变化引起的径流变化。基于上述分析，如何定量分离以气候变化(直接影响)、气候变化造成的植被变化、人类活动引起的植被变化和人工取用水变化对径流的影响，依然是径流归因研究面临的难题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出一种考虑气候
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植被
‑
取用水影响的径流变化归因方法、装置及系统，可以更加准确地分离气候变化(直接影响)、气候变化造成的植被变化、人类活动引起的植被变化和人工取用水变化对径流的影响。
[0005]为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种考虑气候
‑
植被
‑
取用水影响的径流变化归因方法，包括：
[0007]基于获取到的年径流时间序列进行基准期和变化期划分；
[0008]基于基准期和变化期的水文气象数据，分离出气候变化对径流变化的直接影响；
[0009]基于基准期和变化期的取用水数据，分离出取用水对径流变化的直接影响；
[0010]基于径流总变化、气候变化对径流变化的直接影响和取用水对径流变化的直接影响，得到植被变化对径流变化的直接影响；
[0011]基于变化期的归一化植被指数、降水和气温数据集，以年最大归一化植被指数为因变量、降水和气温栅格数据为自变量，利用多元回归残差分析，分别得出气候变化引起的植被变化和人类活动引起的植被变化对径流变化的影响。
[0012]可选地，所述基于获取到的年径流时间序列进行基准期和变化期划分，包括以下步骤：
[0013]对获取到的年径流时间序列进行趋势性检验及突变点检验，得到突变点；
[0014]基于所述突变点将所述年径流时间序列划分为基准期和变化期。
[0015]可选地，所述基于基准期和变化期的水文气象数据，分离出气候变化对径流变化的直接影响，包括以下步骤：
[0016]利用基准期的水文气象数据分别对水文模型和机器学习模型进行参数率定；
[0017]将变化期的水文气象数据分别输入至率定好的水文模型和机器学习模型，获得第一模拟天然径流和第二模拟天然径流；
[0018]计算所述第一模拟天然径流和第二模拟天然径流的平均值，将其作为变化期的模拟天然径流；
[0019]利用变化期的多年模拟天然径流平均值减去基准期的实测多年天然径流平均值，得到气候变化对径流变化的直接影响。
[0020]可选地，所述基于基准期和变化期的取用水数据，分离出取用水对径流变化的直接影响，包括以下步骤：
[0021]根据研究区域裁剪全球取用水数据集或者水资源公报，获得研究区内年取用水数据；
[0022]利用变化期多年平均取水量减去基准期多年平均取水量，获得取用水对径流变化的直接影响ΔQ
WW
。
[0023]可选地，所述植被变化对径流变化的直接影响采用以下公式计算获得：
[0024]ΔQ
L
＝ΔQ
total
‑
ΔQ
MF
‑
ΔQ
WW
[0025]式中，ΔQ
L
为植被变化对径流变化的直接影响，ΔQ
total
为径流总变化，ΔQ
MF
为气候变化对径流变化的直接影响，ΔQ
WW
为取用水对径流变化的直接影响。
[0026]可选地，所述得到植被变化对径流变化的直接影响之后还包括：
[0027]基于植被变化对径流变化的直接影响、取用水对径流变化的直接影响和径流总变化，计算出取用水和植被变化对径流改变的贡献率，其中：
[0028]取用水对径流改变的贡献率通过以下公式计算：
[0029]η
WW
＝ΔQ
WW
/ΔQ
total
[0030]植被变化对径流改变的贡献率通过以下公式计算：
[0031]η
L
＝ΔQ
L
/ΔQ
total
[0032]式中，η
WW
为取用水对径流改变的贡献率，η
L
为植被变化对径流改变的贡献率。
[0033]可选地，所述气候变化引起的植被变化和人类活动引起的植被变化对径流变化的影响的分析方法包括：
[0034]利用二元线性回归模型计算出气候因素对归一化植被指数的影响，所述二元线性回归模型是以年最大归一化植被指数为因变量、降水和气温栅格数据为自变量构建而成，其表达式为：
[0035]NDVI
CC
＝a
×
P+b
×
T+c
[0036]式中，NDVI
CC
是气候因素对归一化植被指数的影响，无量纲；a、b和c为模型参数；P和T分别指年平均气温和累计降水量；
[0037]利用一元线性回归模型计算出归一化植被指数总变化，所述一元线性回归的表达式为：
[0038][0039]式中，NDVI
obs
是归一化植被指数总变化，无量纲；i为时间变量，等于1到n的整数；n为研究时段的年数；NDVI
i
为第i年最大归一化植被指数；
[0040]基于归一化植被指数总变化减去气候因素对归一化植被指数的影响，得到人类活动对归一化植被指数的影响；
[0041]基于气候因素对归一化植被指数的影响、人类活动对归一化植被指数的影响和归一化植被指数总变化，分别计算出气候对植被变化的贡献和人类活动对植被变化的贡献；
[0042]基于气候对植被变化的贡献和人类活动对植被变化的贡献，以及植被变化对径流变化的直接影响，分别计算出气候变化造成的植本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑气候
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植被
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取用水影响的径流变化归因方法，其特征在于，包括：基于获取到的年径流时间序列进行基准期和变化期划分；基于基准期和变化期的水文气象数据，分离出气候变化对径流变化的直接影响；基于基准期和变化期的取用水数据，分离出取用水对径流变化的直接影响；基于径流总变化、气候变化对径流变化的直接影响和取用水对径流变化的直接影响，得到植被变化对径流变化的直接影响；基于变化期的归一化植被指数、降水和气温数据集，以年最大归一化植被指数为因变量、降水和气温栅格数据为自变量，利用多元回归残差分析，分别得出气候变化引起的植被变化和人类活动引起的植被变化对径流变化的影响。2.根据权利要求1所述的一种考虑气候
‑
植被
‑
取用水影响的径流变化归因方法，其特征在于：所述基于获取到的年径流时间序列进行基准期和变化期划分，包括以下步骤：对获取到的年径流时间序列进行趋势性检验及突变点检验，得到突变点；基于所述突变点将所述年径流时间序列划分为基准期和变化期。3.根据权利要求1所述的一种考虑气候
‑
植被
‑
取用水影响的径流变化归因方法，其特征在于，所述基于基准期和变化期的水文气象数据，分离出气候变化对径流变化的直接影响，包括以下步骤：利用基准期的水文气象数据分别对水文模型和机器学习模型进行参数率定；将变化期的水文气象数据分别输入至率定好的水文模型和机器学习模型，获得第一模拟天然径流和第二模拟天然径流；计算所述第一模拟天然径流和第二模拟天然径流的平均值，将其作为变化期的模拟天然径流；利用变化期的多年模拟天然径流平均值减去基准期的实测多年天然径流平均值，得到气候变化对径流变化的直接影响。4.根据权利要求1所述的一种考虑气候
‑
植被
‑
取用水影响的径流变化归因方法，其特征在于：所述基于基准期和变化期的取用水数据，分离出取用水对径流变化的直接影响，包括以下步骤：根据研究区域裁剪全球取用水数据集或者水资源公报，获得研究区内年取用水数据；利用变化期多年平均取水量减去基准期多年平均取水量，获得取用水对径流变化的直接影响ΔQ
WW
。5.根据权利要求1所述的一种考虑气候
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植被
‑
取用水影响的径流变化归因方法，其特征在于：所述植被变化对径流变化的直接影响采用以下公式计算获得：ΔQ
L
＝ΔQ
total
‑
ΔQ
MF
‑
ΔQ
WW
式中，ΔQ
L
为植被变化对径流变化的直接影响，ΔQ
total
为径流总变化，ΔQ
MF
为气候变化对径流变化的直接影响，ΔQ
WW
为取用水对径流变化的直接影响。6.根据权利要求5所述的一种考虑气候
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植被
‑
取用水影响的径流变化归因方法，其特征在于：所述得到植被变化对径流变化的直接影响之后还包括：基于植被变化对径流变化的直接影响、取用水对径流变化的直接影响和径流总变化，计算出取用水和植被变化对径流改变的贡献率，其中：取用水对径流改变的贡献率通过以下公式计算：
η
WW
＝ΔQ
WW
/ΔQ
total
植被变化对径流改变的贡献率通过以下公式计算：η
L
＝ΔQ
L
/ΔQ
total
式中，η
WW
为取用水对径流改变的贡献率，η
L
为植被变化对径流改变的贡献率。7.根据权利要求1所述的一种考虑气候
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植被
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取用水影响的径流变...

【专利技术属性】
技术研发人员：江善虎，朱永卫，任立良，崔豪，杨肖丽，袁山水，杜树平，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：