一種流域/區(qū)域干旱演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制的識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種干旱演變成因監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及一種流域/區(qū)域干旱演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制的識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在氣候變化和人類活動(dòng)影響下，世界范圍內(nèi)的干旱總體呈現(xiàn)出頻發(fā)、多發(fā)、連發(fā)和并發(fā)態(tài)勢(shì)。自1900年以來(lái)，全球干旱災(zāi)害已導(dǎo)致1100多萬(wàn)人死亡，20億余人受到影響。近50年來(lái)，我國(guó)氣象災(zāi)害損失占全部自然災(zāi)害損失的61 %，而干旱災(zāi)害損失占?xì)庀鬄?zāi)害損失的55%。干旱不僅發(fā)生在水資源相對(duì)匱乏的北方地區(qū)，在水資源相對(duì)豐富的南方地區(qū)也頻繁發(fā)生。近年來(lái)，西南和長(zhǎng)江中下游地區(qū)均發(fā)生了大面積、長(zhǎng)時(shí)段的干旱事件。因此，識(shí)別干旱演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制具有重要的作用和意義。
[0003]近10年來(lái)，對(duì)干旱驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究主要從三個(gè)方面開(kāi)展:一是氣候變化對(duì)干旱事件演變的影響；二是人類活動(dòng)對(duì)干旱事件演變的影響;三是氣候變化和人類活動(dòng)共同對(duì)干旱事件演變的影響。
[0004]對(duì)于氣候變化對(duì)干旱事件的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了許多相關(guān)研究。謝安等在我國(guó)東北地區(qū)，翟盤茂等在我國(guó)東北、華北和西北地區(qū)，顧靜等針對(duì)元代關(guān)中地區(qū)，章大全等在我國(guó)東部地區(qū)，Dai A G在美國(guó)等地區(qū)均開(kāi)展了相關(guān)研究，結(jié)果表明，氣候異常(氣溫升高或者降水減少)是引起上述地區(qū)發(fā)生干旱，甚至是持續(xù)干旱的主要原因。
[0005]近些年國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越關(guān)注人類活動(dòng)對(duì)于旱事件的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，其主要涉及土地利用/覆蓋變化、水利工程建設(shè)等方面。符淙斌等在我國(guó)東北西部和內(nèi)蒙古東部，姜逢清等在我國(guó)新疆地區(qū)，Deo R C等在澳大利亞?wèn)|部地區(qū)，張虎強(qiáng)等在我國(guó)西部地區(qū)，穆興民等在我國(guó)西南地區(qū)均開(kāi)展了相關(guān)研究，結(jié)果表明，人類活動(dòng)，特別是土地利用變化是加劇上述地區(qū)干旱化的主要原因。
[0006]隨著氣候變化和人類活動(dòng)影響的加劇，從氣候變化和人類活動(dòng)兩方面同時(shí)開(kāi)展對(duì)干旱事件演變影響的研究越來(lái)越得到關(guān)注。程國(guó)棟和王根緒在我國(guó)西北地區(qū)，王建華和郭躍在我國(guó)重慶市，童億勤等在我國(guó)寧波市，張家團(tuán)和屈艷萍在我國(guó)東北、西南地區(qū)，Amin SB在地中海地區(qū)的黎巴嫩，龔志強(qiáng)和封國(guó)林在我國(guó)北方地區(qū)，張?jiān)实仍谖骱９痰貐^(qū)，郭瑞和查小春在涇河流域，侯光良等在青海東部地區(qū)，史東超在唐山市，遲鵬和張升堂在我國(guó)北方地區(qū)均開(kāi)展了相關(guān)研究，結(jié)果表明，氣候變化和人類活動(dòng)是上述地區(qū)發(fā)生干旱和旱災(zāi)的主要原因。
[0007]這些方法的主要不足體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是從氣候變化和人類活動(dòng)兩個(gè)方面單獨(dú)分析其對(duì)干旱事件演變的影響，難以體現(xiàn)干旱的自然和社會(huì)屬性;二是從氣候變化和人類活動(dòng)兩個(gè)方面綜合分析其對(duì)干旱事件演變的影響，但是隨著氣候變化和人類活動(dòng)影響的深入，水循環(huán)過(guò)程呈現(xiàn)出明顯的“自然-人工”二元驅(qū)動(dòng)特性，水利工程和灌溉設(shè)施的修建，在一定區(qū)域內(nèi)改變了干旱事件的時(shí)空分布特征，上述方法難以體現(xiàn)干旱事件的發(fā)生存在著多元、復(fù)雜驅(qū)動(dòng)特征。因此，應(yīng)以“自然-人工”二元水循環(huán)整體要素過(guò)程為主線，明晰自然氣候變化、人為氣候變化、下墊面條件改變、水利工程調(diào)節(jié)等對(duì)干旱的影響，進(jìn)一步完善復(fù)雜環(huán)境下干旱驅(qū)動(dòng)機(jī)制的識(shí)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有干旱演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制識(shí)別方法的不足，提出一種流域/區(qū)域干旱演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制的識(shí)別方法。該方法以“自然-人工”二元水循環(huán)理論為主線，結(jié)合自然氣候變化、人為氣候變化、下墊面條件改變、水利工程調(diào)節(jié)對(duì)干旱的影響，構(gòu)建干旱演變的驅(qū)動(dòng)模式，可更準(zhǔn)確地識(shí)別干旱驅(qū)動(dòng)因子，為干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和應(yīng)對(duì)提供技術(shù)支撐。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種流域/區(qū)域干旱演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制的識(shí)別方法，方法步驟如下，
[0010](I)識(shí)別干旱演變的驅(qū)動(dòng)因子
[0011]主要影響時(shí)段的指示因子包括自然氣候變化、人為氣候變化、下墊面條件變化和水利工程的調(diào)節(jié);下墊面條件的改變會(huì)影響大氣水汽含量，但并非一個(gè)獨(dú)立因子，根據(jù)因子選取獨(dú)立性原則，選取降水量、大氣水汽含量和水利工程作為判斷自然氣候變化、人為氣候變化和水利工程對(duì)廣義干旱的主要影響時(shí)段的指示因子;考慮到流域所在瑋度帶降水量受大氣環(huán)流格局的影響，具有地帶性，選取非地帶性降水因子，即流域所在行政分區(qū)的降水量和流域自身的降水量；
[0012](2)分析氣象水文要素演變規(guī)律
[0013]透析流域/區(qū)域內(nèi)大氣水汽含量、降水、氣溫、蒸發(fā)、徑流、土壤含水量這些主要?dú)庀笏囊氐难葑円?guī)律的趨勢(shì)性、突變性和周期性，得到流域所在瑋度帶年降水量突變點(diǎn)^，流域所在分區(qū)年降水量突變點(diǎn)t2，流域本身年降水量突變點(diǎn)t3，流域所在分區(qū)大氣水汽含量突變點(diǎn)t4，則t = min{ ti，t2，t3，t4}為自然氣候變化和人為氣候變化對(duì)干旱主要影響時(shí)段的分割點(diǎn)，即人為氣候變化從t時(shí)刻開(kāi)始對(duì)干旱產(chǎn)生影響；
[0014](3)分析下墊面條件演變規(guī)律
[0015]下墊面條件的演變規(guī)律主要分析土地利用變化特征和水利工程運(yùn)行情況，分析流/區(qū)域內(nèi)所有水庫(kù)的投入運(yùn)用時(shí)間、主要供水范圍這些主要的相關(guān)參數(shù)，確定流域/區(qū)域內(nèi)水利工程最早投入運(yùn)用的時(shí)間V ;
[0016](4)分析干旱演變驅(qū)動(dòng)因子的影響時(shí)段
[0017]假設(shè)ts為起始時(shí)間，te為結(jié)束時(shí)間，經(jīng)過(guò)步驟(2)和步驟(3)的分析，可以得到計(jì)算時(shí)段內(nèi)自然氣候變化對(duì)干旱的影響時(shí)段為[ts，V ]，計(jì)算時(shí)段內(nèi)自然氣候變化和水利工程對(duì)干旱的影響時(shí)段為[V，t]，計(jì)算時(shí)段內(nèi)自然氣候變化、人為氣候變化和水利工程對(duì)干旱的影響時(shí)段為[t，te];
[0018](5)識(shí)別流域/區(qū)域干旱演變的驅(qū)動(dòng)模式
[0019]根據(jù)步驟(4)的分析，可以識(shí)別流域/區(qū)域干旱演變的驅(qū)動(dòng)模式。
[0020]作為優(yōu)選，步驟(I)中，自然氣候變化和人為氣候變化通過(guò)影響大氣水汽含量、降水和蒸散發(fā)，影響水資源系統(tǒng)的供需水;下墊面條件變化通過(guò)影響流域產(chǎn)匯流機(jī)制，影響地表水、土壤水和地下水量;蓄水、引水、提水、調(diào)水等水利工程的調(diào)節(jié)影響了水資源系統(tǒng)的供水側(cè)。
[0021]作為優(yōu)選，步驟(2)中，采用三次樣條函數(shù)進(jìn)行氣象水文要素的趨勢(shì)性分析，其中，顯著性檢驗(yàn)采用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法;采用Mann-Kendal I法和Yamamoto法進(jìn)行突變性檢測(cè);采用最大熵譜估計(jì)法進(jìn)行周期提取。
[0022]作為優(yōu)選，步驟(3)中，基于多期遙感數(shù)據(jù)分析流/區(qū)域內(nèi)土地利用變化特征。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明方法以“自然-人工”二元水循環(huán)理論為主線，結(jié)合自然氣候變化、人為氣候變化、下墊面條件改變、水利工程調(diào)節(jié)對(duì)干旱的影響，構(gòu)建干旱演變的驅(qū)動(dòng)模式，可更準(zhǔn)確地識(shí)別干旱驅(qū)動(dòng)因子，為干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和應(yīng)對(duì)提供技術(shù)支撐?？蓮V泛應(yīng)用于流域/區(qū)域干旱演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制識(shí)別，特別適用于東遼河流域干旱演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制識(shí)別。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為干旱演變整體驅(qū)動(dòng)機(jī)制識(shí)別原理；
[0025]圖2為干旱演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制影響時(shí)段的分析方法；
[0026]圖3為干旱演變驅(qū)動(dòng)因子的影響時(shí)段分析結(jié)果；
[0027]圖4為實(shí)施例中的干旱驅(qū)動(dòng)模式識(shí)別結(jié)果；
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明；
[0029]實(shí)施例:參見(jiàn)圖1、圖2、圖3、圖4，一種流域/區(qū)域干旱演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制的識(shí)別方法，選取干旱事件頻發(fā)的東遼河流域進(jìn)行實(shí)證研究，方法步驟如下:
[0030](I)識(shí)別干旱演變的驅(qū)動(dòng)因子
[0031]自然氣候變化和人為氣候變化通過(guò)影響大氣水汽含量、降水和蒸散發(fā)，影響水資源系統(tǒng)的供需水;下墊面條件變化通過(guò)影響流域產(chǎn)匯流機(jī)制，影響地表水、土壤水和地下水量;蓄水、引水、提水、調(diào)水等水利工程的調(diào)節(jié)影響了水資源系統(tǒng)的供水側(cè)。因此，降水、大氣水汽含量、下墊面條件、水利工程是識(shí)別上述4類驅(qū)動(dòng)力對(duì)干旱的主要影響時(shí)段的指示因子。而下墊面條件的改變會(huì)影響大氣水汽含量，其并非一個(gè)獨(dú)立因子，根據(jù)因子選取獨(dú)立性原則，選取降水量、大氣水汽含量和水利工程作為判斷自然氣候變化、人為氣候變化和水利工程對(duì)廣義干旱的主要影響時(shí)段的指