[发明专利]一种基于重力卫星的高分辨率含水层储水系数反演方法及系统

权利要求书

1.一种基于重力卫星的高分辨率含水层储水系数反演方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、基于预设区域获取重力卫星数据、土壤含水量数据、地表水储量数据及其他非地下水组分数据；

S2、通过对所述重力卫星数据进行截断处理及滤波处理，获取基于所述重力卫星数据反演的陆地水储量变化月时间序列；

S3、对所述土壤含水量数据、地表水储量数据及非地下水组分数据进行正演模拟信号泄露，得到土壤含水量月时间序列、地表水储量月时间序列及非地下水组分变化月时间序列；

S4、将所述陆地水储量变化月时间序列减去土壤含水量月时间序列、地表水储量月时间序列及非地下水组分变化月时间序列，得到重力卫星时变信号中地下水储量变化月时间序列；

S5、对所述预设区域的潜水含水层地下水位数据、承压水含水层地下水位数据进行插值处理，得到潜水含水层地下水位变化月时间序列与承压含水层地下水位变化月时间序列；

S6、基于所述重力卫星时变信号中地下水储量变化月时间序列、潜水含水层地下水位变化月时间序列、承压含水层地下水位变化月时间序列，获得重力卫星时变信号中地下水储量变化趋势、潜水含水层地下水位变化趋势与承压含水层地下水位变化趋势；

S7、基于所述预设区域，通过蒙特卡罗方法进行随机模拟，获得储水系数的随机样本值；

S8、基于储水系数与水位之间的关系，通过正演模拟信号泄露，获得正演模拟后地下水储量变化趋势随机值与重力卫星时变信号中地下水储量变化趋势之间的相关系数与纳什效率系数；

S9、以所述相关系数、纳什效率系数为判断标准，表明获得满足精度的反演结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中，所述重力卫星数据、土壤含水量数据、地表水储量数据及非地下水组分数据的网格大小及网格范围一致。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4中，所述重力卫星时变信号中地下水储量变化月时间序列通过以下方式获得：

ΔGWS_GRACE＝ΔTWS-ΔSMS-ΔSWS-ΔOS

式中：ΔTWS为陆地水储量变化月时间序列，ΔSMS、ΔSWS和ΔOS分别为正演模拟后的土壤含水量月时间序列、地表水储量月时间序列及非地下水组分变化月时间序列，ΔGWS_GRACE为重力卫星时变信号中地下水储量变化月时间序列。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S5中，所述插值处理采用以下方式：

式中：为插值点s₀处的插值结果；s_i为第i个样本点；Z(s_i)是在样本点s_i处获得的测量值；n为插值计算时要使用的插值点周围样本点的数量；λ_i为插值计算过程中使用的各样本点的权重；d_i0是插值点s₀与各样本点s_i之间的距离；p为指数值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S6中，重力卫星时变信号中水储量变化趋势、潜水含水层地下水位变化趋势与承压含水层地下水位变化趋势通过以下方式获得：

其中，ΔH(t)为重力卫星时变信号中地下水储量变化月时间序列，或者潜水含水层地下水位变化月时间序列，或者承压含水层地下水位变化月时间序列；t为时间；a为常数项；b为拟合的趋势项；A_j、T_j和分别为振幅、周期和相位，当j＝1，为周年信号，当j＝2，为半周年信号；ε(t)为误差。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S8中，所述储水系数与所述水位之间的关系为：将给水度与潜水含水层地下水位变化趋势相乘，加上弹性释水系数与承压含水层地下水位变化趋势的乘积；所述给水度、弹性释水系数通过所述S7中的蒙特卡罗方法随机生成。