[发明专利]一种确定蒸散发变化主因及判别因素间耦合作用的方法

说明书

本发明公开了一种确定蒸散发变化主因及判别因素间耦合作用的方法，搜集影响实际蒸散发变化的多个影响因子（包括流域下垫面特征、气候季节性特征以及社会经济指标），基于Budyko水热耦合平衡方程计算流域实际蒸散发量，利用旋转经验正交函数（REOF）对流域进行蒸散发气候敏感性分区，在分区的基础上对每个区域影响蒸散发变化的多种因素进行统计分析，利用多元自适应回归样条（MARS）方法建立模型，从而从多个因素中搜寻出最主要的影响因素，为科学研究以及防洪抗旱等生产工作提供科学依据。

技术领域

本发明涉及一种确定蒸散发变化主因及判别因素间耦合作用的方法，属于水文水资源应用技术领域。

背景技术

在气候变化过程中，实际蒸散发的变化是一个十分重要的衡量指标，实际蒸散发不仅在陆地-大气系统的能量收支中占有重要的地位，在水量平衡的计算中也十分重要。作为联系能量平衡系统和水量平衡系统的一种水文变量，分析实际蒸散发的变化对研究气候变化具有十分重要的作用。

在一个较大的流域内，影响实际蒸散发的变化因素有很多且具有一定的区域差异性。综合前人的研究可将这些因素大致分为4类：①区域近地面的气候特征，如该地的干湿状况、气候季节性指标和大气中CO₂的增加等；②下垫面表面特征，如土地利用、植被覆盖度、土壤类型和地势地貌等；③人类活动，如人口增长速率、社会经济指数和农业灌溉等；④突发气候或人类活动事件，如火山喷发、森林火灾和大规模开荒造田等。这些因素相互交叉又相互作用，仅单独考虑其中几个因素对参数的直接联系不仅可能会忽略到真正较大作用影响Budyko方程参数的变量，同时也会对水热耦合平衡方程中参数的模拟带来不确定性。流域内土壤、地形、植被和气候之间紧密联系，这种因素之间的相互依赖降低了模型响应的范围和变异性。通过归因分析和定量模拟，明确流域内影响实际蒸散发的主要因素，对科学研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种确定蒸散发变化主因及判别因素间耦合作用的方法，通过对较大数量的样本建立空间分布模型，综合考虑各因素之间的交互作用以及各因素影响的区域性差异，准确的分析出在长期变化中实际蒸散发变化的主要影响因素。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种确定蒸散发变化主因及判别因素间耦合作用的方法，包括如下步骤：

步骤1，确定待研究流域，收集流域内的水文气象数据资料、流域下垫面资料、土壤特性资料以及植被覆盖率资料并进行预处理，上述资料均为逐日数据；

步骤2，将步骤1预处理后的逐日数据划分为逐月数据，根据流域水文年划分方法将逐月数据换算为水文年数据，基于Budyko水热耦合平衡方程计算流域逐水文年实际蒸散发量以及14个影响因素，14个影响因素包括植被覆盖率、流域地形比降、土壤可用含水量、平均暴雨深、降雨集中度、降雨变差系数、降雨季节性指数、气候干旱指数、Milly指数、PfE指数、人口状况、生产总值、有效灌溉面积和作物种植面积；

步骤3，将流域内逐水文年实际蒸散发量数据进行归一化处理，并将归一化处理后的数据转化为变量场矩阵，变量场矩阵的行、列分别代表气象站点、水文年；对变量场矩阵进行经验正交函数分解并构造相关矩阵，求解相关矩阵的特征向量矩阵，根据特征向量矩阵，采用旋转经验正交函数法得到流域内实际蒸散发量的时空分布特征，并对流域进行分区；

步骤4，在各个分区内对影响实际蒸散发的14个影响因素进行聚类分析以及相关分析，并利用多元自适应回归样条法获取14个影响因素中的主要影响因素，建立实际蒸散发量与各主要影响因素之间的回归预测模型；

步骤5，根据回归预测模型得出影响实际蒸散发量的主要影响因素，并根据回归预测模型找出存在耦合关系的主要影响因素，对存在耦合关系的主要影响因素间的交互耦合作用进行识别分析。

作为本发明的一种优选方案，步骤2所述流域逐水文年实际蒸散发量计算公式如下：