[发明专利]一种考虑土壤含水量变化的气候弹性求解的方法

说明书

本发明涉及一种考虑土壤含水量变化的气候弹性求解的方法，该方法在考虑土壤含水量变化的水量平衡方程的基础上通过求导从而找到了相应的气候弹性的方法，当有历史时期观测的降水、潜在蒸散发、土壤含水量的变化以及蒸发时，就能较为准确预估气候变化情况下，小时间尺度(季节)或者干旱区径流的响应情况。

技术领域

本发明属于水文技术领域，尤其涉及一种考虑土壤含水量变化的气候弹性求解的方法。

背景技术

近年来，气候变化下流域水循环及水资源演变研究已成为国内外水科学领域的研究热点，气候变化带来的水文效应受到广泛关注。目前，在评估气候变化对径流变化影响方面，主要有两类方法：基于水文模拟的方法和弹性分析方法。基于水文模拟的方法，主要通过改变模型的气象驱动因子，比较改变前后模型模拟的径流的变化关系，从而推求气候变化对径流的影响。弹性分析的方法是由Schaake(1990)提出的，弹性主要反应的是单位数量的气候或下垫面变化对单位径流量变化的影响程度。因此，弹性可以看成是反应径流和气候关系的函数的一阶导数。基于Budyko假设的水量平衡方程是针对土壤含水量变化趋于0的情况提出的一种概念性模型。这种方法较传统的数理统计经验法具有明显的物理意义，并且参数较少，函数形式相对简单，求导容易。因此，很多研究都用基于Budyko假设的水量平衡方程来推导流域的气候弹性和下垫面弹性。前者的优点是水文模型有一定机理性，同时对流域内地形、土壤、植被和气候之间的复杂关系描述比较细致，并且能够模拟不同时间尺度上流域的水文情势变化。但该类模型结构比较复杂，参数众多，存在一定的异参同效和不确定性等问题，此外，该类模型对数据质和量的要求都比较高，这些制约因素都一定程度上影响了模型在生产实践中的推广应用。后者在年及多年尺度上，由于参数少、不确定性小是一种比较理想的分析方法，目前，已被广泛应用于流域径流变化的归因研究中。

(1)基于Budyko假设的水量平衡方程

通过对大量数据的分析，Budyko(1958)年发现，多年平均降水划分到蒸发和径流的关系主要受到气候的控制，即：

其中，E为蒸发量,P为降水量,其和等于蒸发量加上径流量(Q),E_p为潜在蒸散发量，为蒸发比，为气候干旱指数，x为模型参数。针对这个假说很多研究结合不同的边界条件，就推求了不同的基于Budyko假设的水量平衡方程，其中最著名的一个公式就是我国科学家推求的傅抱璞公式，该公式的表现形式为(Berghuijs et al.,2017)：

其中，w为傅抱璞公式中的参数。

(2)基于Budyko假设的水量平衡方程推求的气候弹性

通过对(2)式分别求对P和E_p的偏导数就能得到目前常用的基于Budyko假设的水量平衡方程推求的气候弹性，即分别为降水弹性和潜在蒸散发弹性：

式中ε_Q；P是降水弹性，ε_Q；Ep是潜在蒸散发的弹性，φ代表

可以看到，由于基于Budyko假设的水量平衡方程仅适用于土壤含水量变化趋于0的情况，因此，通过上述技术推求的气候弹性也在仅适用于土壤含水量变化趋于0的情况。在实际应用中，尤其是在较小时间尺度或者对于较干旱的地区，土壤含水量变化均远大于0，这个时候很多研究都表明上述技术存在比较大的误差。

发明内容

本发明的目的是得到一种考虑土壤含水量变化的气候弹性求解的方法，创新的推求土壤含水量不为0时的气候弹性，从而为准确评估气候变化对径流的影响提供更为可靠的技术支持。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种考虑土壤含水量变化的气候弹性求解的方法，考虑土壤含水量变化的水量平衡方程：