一種基于重力衛(wèi)星的干旱指數(shù)構(gòu)建及分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于重力衛(wèi)星的干旱指數(shù)構(gòu)建及分析方法。該方法包括：步驟一、重力衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理；步驟二、區(qū)域平均陸地總水量變化過程提?。徊襟E三、區(qū)域陸地總水量空間分布計(jì)算；步驟四、區(qū)域陸地總水量標(biāo)準(zhǔn)化處理；步驟五、計(jì)算并分析基于重力衛(wèi)星的干旱指數(shù)總水量異常指數(shù)時(shí)間序列及空間分布。本發(fā)明構(gòu)建的干旱指數(shù)能有效反映陸地總水量的季節(jié)性和年際變化規(guī)律，科學(xué)揭示了干旱的成災(zāi)過程；考慮了干旱歷時(shí)的致災(zāi)機(jī)制，能有效反映前期嚴(yán)重干旱對(duì)后期災(zāi)情的影響機(jī)理，突破了資料匱乏地區(qū)或無資料地區(qū)干旱監(jiān)測(cè)與評(píng)估中存在的科學(xué)瓶頸問題。
【專利說明】一種基于重力衛(wèi)星的干旱指數(shù)構(gòu)建及分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于重力衛(wèi)星的干旱指數(shù)構(gòu)建與分析方法，尤其涉及一種基于GRCAE重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演的陸地總水量構(gòu)建能夠反映干旱歷時(shí)影響的干旱指數(shù)的方法，屬于重力場(chǎng)觀測(cè)與水文學(xué)研究相結(jié)合的交叉學(xué)科【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]干旱是全世界范圍內(nèi)影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大自然災(zāi)害之一，具有持續(xù)時(shí)間長、影響范圍廣、影響領(lǐng)域多等特點(diǎn)。干旱定義及強(qiáng)度分類沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同干旱指標(biāo)由于其構(gòu)建目的、所依賴的水文輸入數(shù)據(jù)及計(jì)算方法不同而各有其優(yōu)缺點(diǎn)及適用性。
[0003]例如:
[0004](I)、標(biāo)準(zhǔn)降雨指數(shù)(SPI)適用于研究不同時(shí)間尺度的干旱，計(jì)算穩(wěn)定，對(duì)干旱反應(yīng)較靈敏，但由于沒有考慮蒸散發(fā)水分支出，故不能反映異常高溫對(duì)干旱的加劇作用。
[0005](2)、帕爾默干旱指數(shù)(PDSI)同時(shí)考慮了水分供給(降水)和水分支出(潛在蒸散發(fā))，可以反映干旱的程度以及干旱歷時(shí)。
[0006](3 )、水文干旱指數(shù)(HDI)利用地表徑流和水庫、河道水位等來構(gòu)建干旱指標(biāo)，由于缺乏流域土壤含水量、地下水埋深等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并不能很好地代表區(qū)域的整體情況。
[0007]因此，在實(shí)際應(yīng)用中，上述三種指數(shù)都嚴(yán)重受到資料匱乏的限制和影響，其科學(xué)性、正確性、實(shí)時(shí)性大打折扣。
[0008]由于人財(cái)物能力限制，全世界很多地區(qū)土壤含水量、地下水埋深等實(shí)測(cè)水文資料都非常匱乏，嚴(yán)重制約了水資源的科學(xué)與合理利用，影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。美國宇航局(NASA)和德國空間飛行中心(DLR)聯(lián)合開發(fā)的GRACE重力衛(wèi)星計(jì)劃有效解決了大范圍、長時(shí)段陸地水資源儲(chǔ)量變化監(jiān)測(cè)的科學(xué)難題，為研究氣候變化條件下全球或區(qū)域陸地水資源儲(chǔ)量變化提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。
[0009]雖然，GRACE陸地水資源儲(chǔ)量已被科學(xué)家應(yīng)用于干旱監(jiān)測(cè)評(píng)估研究。然而，目前基于GRACE陸地水資源儲(chǔ)量的干旱指數(shù)國內(nèi)外未見報(bào)道。因此，缺乏一個(gè)科學(xué)合理的量化指標(biāo)來實(shí)現(xiàn)水資源和干旱的大范圍、長時(shí)段實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析比較。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是利用GRACE重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)，提出一種干旱指數(shù)構(gòu)建和分析方法，能夠從GRACE重力衛(wèi)星觀測(cè)的地球重力場(chǎng)模型中反演研究區(qū)陸地總水量變化過程，能快速實(shí)現(xiàn)廣大資料匱乏或無資料地區(qū)的干旱監(jiān)測(cè)，拓展重力場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)在陸地水資源及水旱災(zāi)害事件研究中的應(yīng)用空間，填補(bǔ)無資料地區(qū)干旱監(jiān)測(cè)的時(shí)空盲區(qū)，顯著提高資料匱乏地區(qū)的干旱監(jiān)測(cè)科學(xué)水平。
[0011]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0012]一種基于重力衛(wèi)星的干旱指數(shù)構(gòu)建及分析方法，具體包括如下步驟:
[0013]步驟I，對(duì)GRACE重力衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；[0014]步驟2，從各月重力場(chǎng)模型中提取研究區(qū)平均陸地總水量變化過程；
[0015]步驟3，計(jì)算研究區(qū)陸地總水量空間分布；
[0016]步驟4，對(duì)陸地總水量進(jìn)行歸一化處理消除總水量季節(jié)性循環(huán)及地區(qū)差異的影響，具體為:
[0017]對(duì)研究時(shí)段內(nèi)各月總水量扣除該月總水量同期平均值，得到該月總水量異常值，計(jì)算各月總水量異常對(duì)該月總水量變幅的比值，得到總水量異常百分比PTSA，計(jì)算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于重力衛(wèi)星的干旱指數(shù)構(gòu)建及分析方法，其特征在于，具體包括如下步驟: 步驟IjfGRACE重力衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理； 步驟2，從各月重力場(chǎng)模型中提取研究區(qū)平均陸地總水量變化過程； 步驟3，計(jì)算研究區(qū)陸地總水量空間分布； 步驟4，對(duì)陸地總水量進(jìn)行歸一化處理消除總水量季節(jié)性循環(huán)及地區(qū)差異的影響，具體為: 對(duì)研究時(shí)段內(nèi)各月總水量扣除該月總水量同期平均值，得到該月總水量異常值，計(jì)算各月總水量異常對(duì)該月總水量變幅的比值，得到總水量異常百分比PTSA，計(jì)算公式如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力衛(wèi)星的干旱指數(shù)構(gòu)建及分析方法，其特征在于，所述步驟I中對(duì)GRACE重力衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理依次包括: (1)數(shù)據(jù)的低階項(xiàng)校正:使用衛(wèi)星激光測(cè)距觀測(cè)得到的C2tl項(xiàng)對(duì)GRACE重力位模型的Cm項(xiàng)進(jìn)行替換； (2)去條帶濾波:使用5階多項(xiàng)式，對(duì)各月重力場(chǎng)模型8次以上各階系數(shù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合去除聞階項(xiàng)相關(guān)誤差； (3)高斯平滑濾波:使用平滑半徑為200km的各項(xiàng)同性高斯平滑濾波器，去除GRACE重力場(chǎng)模型高階項(xiàng)誤差的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力衛(wèi)星的干旱指數(shù)構(gòu)建及分析方法，其特征在于，所述步驟2是采用核函數(shù)法從各月重力場(chǎng)模型中提取研究區(qū)平均陸地總水量變化過程，其中基于核函數(shù)的研究區(qū)平均陸地總水量變化過程提取公式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力衛(wèi)星的干旱指數(shù)構(gòu)建及分析方法，其特征在于，步驟3所述計(jì)算研究區(qū)陸地總水量空間分布，其計(jì)算公式為:
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103678885SQ201310597397
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】楊濤, 王超, 何祺勝, 師鵬飛, 王曉燕, 周旭東, 李振亞, 段衍衍, 李曉麗, 劉鵬 申請(qǐng)人:河海大學(xué)