[发明专利]一种基于条件概率高时空分辨率的干旱传播时间计算方法

说明书

本发明公开了一种基于条件概率高时空分辨率的干旱传播时间计算方法，包括以下步骤：步骤1：搜集指定的降水数据与土壤湿度数据，将处理为旬尺度序列，得到具有高空间分辨率的网格化降水数据与土壤湿度数据；步骤2：计算出标准化降水指数；计算出标准化土壤湿度指数；步骤3：建立标准化降水指数与标准化土壤湿度指数之间具有最佳相依关系的联合分布；步骤4：计算不同等级气象干旱条件下导致农业干旱发生的概率，并设置阈值区间；若农业干旱发生的概率达到阈值要求，则得到气象干旱到农业干旱的传播时间。本发明提高了干旱传播时间的计算精度，能够为农业水资源管理与农业干旱的预防提供指导。

技术领域

本发明属于干旱管理与应对技术领域，具体涉及一种基于条件概率高时空分辨率的干旱传播时间计算方法。

背景技术

干旱是由于降水长期短缺而引发的一种极端自然灾害，旱灾对农业生产的影响尤为严重。因受旱造成粮食的减产占各种自然灾害造成粮食损失的60％以上。农业干旱的源头在气象干旱，尤其在雨养农业区，由于缺乏灌溉设施，气象干旱发生后往往会导致严重的农业干旱。确定气象到农业干旱的传播时间对农业干旱的早期预警具有重大意义；

以往对于气象干旱到农业干旱传播时间的评估方法比较简单粗糙，存在以下不足，首先方法理论不完整，普遍采用相关系数法来捕捉大气系统与土壤系统的相依关系，并通过与具有一定时间尺度的气象干旱指数和固定时间尺度的农业干旱指数序列的最大相关系数来确定传播时间，该方法由于指数序列中含有的非干旱信息而使得计算出的传播时间是大气系统与土壤系统之间的最佳响应时间，而非单纯的干旱传播时间。此外传统法仅能提供气象干旱到农业干旱的整体而笼统的传播时间，无法反映在不同等级气象干旱的胁迫下的干旱传播过程，最后在刻画传播时间的时空精度上，传统方法较为粗糙，以月和站点为单位计算得到的传播时间明显无法满足对于实际农业干旱预警的要求。如何确定具有完整理论基础以及具有高时空分辨率，可以反应不同等级气象干旱到农业干旱传播时间的评估方法，是建立农业干旱早期预警平台过程中的一个急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于条件概率高时空分辨率的干旱传播时间计算方法，解决了目前农业干旱传播时间的评估方法存在的实际农业干旱预警以及方法理论的完整度有待进一步提高的问题。

本发明所采用的技术方案是，

一种基于条件概率高时空分辨率的干旱传播时间计算方法，包括以下步骤：

步骤1：搜集指定的降水数据与土壤湿度数据，将降水数据与土壤湿度数据处理为旬尺度序列，采用空间插值方法处理降水数据与土壤湿度数据的得到具有高空间分辨率的网格化降水数据与土壤湿度数据；

步骤2：根据网格化后的降水数据为基础，计算出标准化降水指数，来表征气象干旱；以网格化后的土壤湿度数据为基础，计算出标准化土壤湿度指数，来表征农业干旱；

步骤3：通过Copula理论建立标准化降水指数与标准化土壤湿度指数之间具有最佳相依关系的联合分布；

步骤4：基于联合分布得到条件概率公式，通过条件概率公式计算不同等级气象干旱条件下导致农业干旱发生的概率，并设置阈值区间；判断农业干旱发生的概率是否达到阈值要求，若农业干旱发生的概率未达到阈值要求，则调整阈值区间再次判断概率是否达到阈值，若农业干旱发生的概率达到阈值要求，则得到气象干旱到农业干旱的传播时间。

本发明的特点还在于，

在步骤2中：计算标准化降水指数具体为：使用双参数伽马分布函数来计算网格化后的降水数据与土壤湿度数据对应的概率，然后将概率值进行正态标准化处理得到标准化降水指数，根据标准化降水指数得到不同时间尺度下的干旱特征；计算标准化土壤湿度指数具体为：求取网格化土壤湿度序列的平均值和标准差，然后将土壤湿度数据减土壤湿度平均值并除以土壤湿度标准差得到标准化土壤湿度指数。

步骤3中，联合分布计算公式如下公式(6)：