[发明专利]一种流域尺度骤发干旱精准识别方法

摘要

一种流域尺度骤发干旱精准识别方法，属于干旱预报预警技术领域。首先，基于水文气象观测数据和地理空间资料，构建流域VIC陆面水文模型，通过水文过程验证，得出模型模拟的土壤含水量过程；其次，基于最高气温和土壤含水量，采用强度变化率(迅速程度指标)和短时间尺度方案，科学定义骤发干旱精准识别指标；最后，通过构建单站点骤发干旱量级指数和单位时间骤发干旱严重性与覆盖范围指数，确定流域骤发干旱事件的等级划分标准。目前尚无严格意义上有关骤发干旱事件的定义，且未形成一套骤发干旱精准识别指标体系。而本发明能够实现骤发干旱事件的精准识别，为提高流域骤发干旱事件的监测能力、规避骤发干旱风险、保障粮食安全等提供科学参考依据。

主权项

1.一种流域尺度骤发干旱精准识别方法，其特征在于，该精准识别方法包括以下步骤：(1)构建流域VIC陆面水文模型(1.1)水文气象观测数据和地理空间资料预处理收集流域出口水文站逐日流量资料、流域内逐日气象观测资料以及地理空间资料，对这些资料进行预处理；其中地理空间资料包括流域内数字高程模型DEM、土壤数据和土地覆被资料：(1.2)基于地理空间资料、流域出口水文站逐日流量资料、以及逐日气象观测数据等，构建流域VIC陆面水文模型，并进行模型参数率定和结果验证；(1.3)水文过程验证对流域VIC陆面水文模型进行参数率定及水文过程验证，采用NSE效率系数，决定系数R²和相对误差Bias三项指标评价流域VIC陆面水文模型在流域水文过程模拟中的适宜程度；采用权威土壤含水量和蒸散发资料与结果进行比对，验证流域VIC陆面水文模型输出关键变量数据的可靠性；(2)构建流域尺度骤发干旱精准识别指标(2.1)骤发干旱精准识别指标设计思路基于短时间尺度气象台站观测资料和VIC模型输出资料的多种联合阈值组合，通过综合考虑强度变化率和短时间尺度方案，构建流域尺度骤发干旱精准识别指标，精准识别骤发干旱事件；所述的短时间尺度表示候值，即五日均值；骤发干旱事件由两个识别方案：预警候和特定干旱候，预警候主要用以判别干旱的迅速程度，特定干旱候主要用以识别干旱的持续时间和烈度；预警候的下一候必须是特定干旱候，如果只满足单独的预警候条件，则不能称为骤发干旱事件；单个骤发干旱事件的持续时间必须在两候以上；(2.2)流域尺度骤发干旱精准识别指标效果验证利用干旱灾害统计年鉴资料，并通过检验骤发干旱阈值标准下的水文气象时空特征，进而分析骤发干旱监测指标的科学性和准确性；采用两种方案对所定义的骤发干旱监测指标进行效果检验与评价：①基于候时间尺度SC_PDSI指数所构建的骤发干旱监测方案；②基于蒸散胁迫指数ESI和快速变化指数RCI所定义的骤发干旱监测方案；两种方案均采用候时间尺度，采用的骤发干旱识别方案也为预警候和特定干旱候；(3)流域尺度骤发干旱等级标准划分基于步骤(2.1)骤发干旱精准识别指标，进行骤发干旱基本特征的分析；分别从单站点角度和单位时间角度，构建能够表征不同强度等级骤发干旱事件的指标体系，其中，单站点表示局地；单位时间表示同一时次；(3.1)骤发干旱量级指数设计从单站点角度，构建能够同时考虑骤发干旱烈度和持续时间的骤发干旱量级指数FDMI，计算公式如下：FDMI＝EWP+SDPEWP＝|Zsm₁‑(‑1)|·|Tanom₁‑0.5STD|·|SM₁‑40％|SDP＝|Tanom₂‑0.5STD|·|SM₁‑30％|+|Tanom_i‑0.5STD|·|SM_i‑30％|式中：FDMI表示骤发干旱量级指数；EWP为预警候指标，预警候为骤发干旱事件的第一候；SDP为特定干旱候指标，特定干旱候为骤发干旱事件的第2候、第3候…第n候，必须为紧接着预警候下面的连续候；Zsm₁为第一候土壤含水量的变化速率；‑1为第一候土壤含水量变化速率标准化的阈值标准；Tanom₁为第一候最高气温距平；0.5STD为0.5倍的最高气温距平标准差；SM₁为第一候土壤含量百分位数；Tanom₂和Tanom_i为第二候和连续的第i候最高气温距平；SM₁和SM_i为第二候和连续的第i候土壤含量百分位数；(3.2)骤发干旱严重程度及其覆盖范围指数设计从单位时间角度，构建能够同时表征站点或网格骤发干旱严重程度及其覆盖范围的骤发干旱指数FDSCI，计算公式如下FDSCI＝1×FDMI1+2×FDMI2+3×FDMI3+4×FDMI4式中：FDSCI为骤发干旱严重程度及其覆盖范围指数；1‑4表示FDMI的四个强度等级，分别表示轻度、中度、重度和极端骤发干旱事件；FDMI1‑4为这四个强度等级骤发干旱事件在同一时次内的覆盖范围，用百分位数表示；AFDSCI为FDSCI次数的累加值；(3.3)对FDMI和FDSCI进行数理统计，确定不同强度等级骤发干旱事件的阈值标准分别将FDMI和FDSCI所有值进行降序排列，将前0‑25％范围的指数值作为极端骤发干旱事件的阈值标准，将前25‑50％范围的指数值作为重度骤发干旱事件的阈值标准，将前50‑75％范围的指数值作为中度骤发干旱事件的阈值标准，将前75‑100％范围的指数值作为轻度骤发干旱事件的阈值标准；进行不同强度等级骤发干旱事件的阈值标准划分。