一种冰川融水补给区干旱预警方法与流程

技术特征：

1.一种冰川融水补给区干旱预警方法，其特征在于，方法步骤如下：

步骤1、建立数据库：获取一定时期内区域历史气象、水文资料，下垫面信息；

步骤2、构建干旱评价模型：获取一定时期内所述研究区水资源供水量和需水量，构建水资源短缺量与干旱指数之间的函数关系，建立水资源干旱评估指标；

步骤3、预测预见期气温变化：根据平均气温，建立统计预测模型，对预见期内气温进行预测；

步骤4、判定预见期内旱情：根据上述一定时期内的气温、供水量、需水量，分别建立气温与供水量、气温与用水量之间的函数关系；

利用所述预见期内的气温，结合所述气温与供水量、气温与用水量之间的函数关系，预测所述的预见期内的水资源短缺量；

结合所述的干旱评价模型，预测所述的预见期内旱情。

2.根据权利要求1所述的一种冰川融水补给区干旱预警方法，其特征在于，所述步骤2中，构建水资源短缺量与干旱指数之间的函数关系，所述水资源短缺量需引入水资源短缺量修正系数K，使其满足在干旱分析中对于时空对比的要求，反映不同时空背景下的水资源短缺差异，所述水资源短缺量修正系数K：

$k=\stackrel{\‾}{DW}/\stackrel{\‾}{SW}$

式中，k是K的一阶近似值；为月平均需水量；为月平均供水量；

以此得到可进行时空对比的水资源短缺指数Z：

Z＝K×D

式中：D为水资源短缺量。

3.根据权利要求2所述的一种冰川融水补给区干旱预警方法，其特征在于，以月为时间尺度，从长序列水资源短缺指数中选取值为负的序列绘制图，对所述水资源短缺指数Z进一步修正，使其可以表达干旱历时与干旱程度的关系，由绘制图得到第i个月干旱评估指标DI_i为：

式中：a和b为待定系数，根据图中极端干旱直线确定。

4.根据权利要求3所述的一种冰川融水补给区干旱预警方法，其特征在于，将前期因子作为对干旱累积结果的间接因子提高干旱指数评估精度，

当i＝t＝1时，DI₁＝Z₁/(a+b)，令ΔDI₁＝DI₁-DI₀＝Z₁/(a+b)

对于一次极端干旱，若之后的月均为正常，则这一次的极端干旱将终止；指数Z须以某一速率增加，这个速率取决于所要保持的DI值的大小，因此引入系数c保持DI为恒定值，即

ΔDI_i＝Z_i/(a+b)+cDI_i-1

式中：ΔDI_i＝DI_i-DI_i-1

通过上式计算各旬对干旱程度的贡献，增量的总和即为干旱严重程度，即：

DI_i＝(1+c)DI_i-1+Z_i/(a+b)

式中：a、b、c为系数。

5.根据权利要求4所述的一种冰川融水补给区干旱预警方法，其特征在于，为了保证干旱评估指标DI在不同空间内的可比性，进一步修正k值，

取评估单元内最干旱12个月，假定这12个月对于任何评估单元都表示极端干旱，即DI＝-4.0，即可得到该评估单元累积水资源短缺指数，再除以该评估单元12个最干旱月的水资源短缺总量，即可得到该评估单元12个月期间极端干旱平均修正系数：

$K=\underset{1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}Z/\underset{1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}D$

绘制得到K’的回归方程，此时K’为K的二级近似，如果此时的K’可以满足干旱指数在不同空间的可对比性，那么每个评估单元应该相等。

6.根据权利要求5所述的一种冰川融水补给区干旱预警方法，其特征在于，若此时每个评估单元不相等，则进一步修正水资源短缺量的修正系数K：

$K=\frac{\underset{1}{\overset{12}{\Σ}}\left|D\right|K^{\′}}{\underset{1}{\overset{12}{\Σ}}\stackrel{\‾}{\left|D\right|K^{\′}}}{K}^{\′}$

$K^{\′}=\mathrm{\α}\lg \[\frac{(\stackrel{\‾}{DW}/\stackrel{\‾}{SW}+\mathrm{\β})}{\left|\stackrel{\‾}{D}\right|}\]+\mathrm{\γ}$

式中，α、β、γ为系数。

7.根据权利要求1所述的一种冰川融水补给区干旱预警方法，其特征在于，步骤3中所述统计预测模型为灰色季节性指数自记忆模型，在建模之前，需先对数据进行平滑预处理：

$MA(t+\frac{T-1}{2})=(x_t+x_{t+1}+...+x_{t+T-1})/T,(t=1,2,3...,n-T)$

$CMA(t+\frac{T-1}{2})=\frac{1}{2}\[MA(t+\frac{T-1}{2})+MA(t+\frac{T+1}{2})\]$

$Ra(t+\frac{T}{2})=x_{t+(T/2)}/CMA(t+\frac{T}{2})$

式中，{x_t}，t＝1～n，为原始气温序列，MA为滑动平均值，CMA为中心滑动平均值，Ra为季节性指数，T为时间序列的波动周期；

将原始气温序列分别除以对应月份的季节性指数，得到一组新的时间序列，作为模型构建的输入数据。

8.根据权利要求7所述的一种冰川融水补给区干旱预警方法，其特征在于，当预处理之后的气温数据的一次累加序列呈现出近似的指数增加规律，且变化较为平稳时，应用GM(1，1)模型对其建模，在所述的GM(1，1)模型的白化方程中引入自记忆函数，应用内积运算、分部积分和中值定理数学方法，构建一种新的时间序列模型：

$x_1^1=A_{-p}{a}_{-p}+\underset{i=-p+1}{\overset{-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i{a}_i+A_0{a}_0+A_1{a}_1$

$A_{-P}=x_{-p}^1-x_{-p+1}^1+2F_{-p}\mathrm{\Δ}t$

$A_t=x_{t-1}^1-x_{t+1}^1+2F_i\mathrm{\Δ}t,(i=-p+1,-p+2...,-1)$

$A_0=x_{-1}^1+2F_0\mathrm{\Δ}t$

$A_1=x_0^1$

式中，p为回溯阶数，代表预测值，代表初始值，代表回溯值，自记忆模型的参数a_-p～a₁可采用最小二乘法求得，将模型预测得到的数值进行还原，并乘以所述的对应月份的季节性指数，则得到预测的气温。

9.根据权利要求1所述的一种冰川融水补给区干旱预警方法，其特征在于，步骤4中所述的干旱预警指数(I_AEW)表示为：

I_AEW＝Z(Q_取水，W_水库，FW×S_农业)

式中，Q取水为流域可取水水量，W水库为地区水库可供水量，F_W为主要农作物实际蒸散发量，S农业为主要作物面积。

10.根据权利要求9所述的一种冰川融水补给区干旱预警方法，其特征在于，所述的取水量在冰川融水补给区与上游来水和下游气温之间的函数关系为：

下游气温(T)与上游来水(Q_来水)之间的关系：

下游气温(T)与取水量(Q_取水)之间的关系：

式中，α₁、α₂、β₁、β₂、b、k、λ和T₀为参数；

由于根据所述的下游气温(T)与取水量(Q_取水)之间的关系，可将I_AEW进一步写成：

I_AEW＝Z(T，W_水库，FW×S_农业)

由当月水资源干旱指数DI推出当月月缺水阈值，并根据干旱指数DI：-1、-2、-3、-4和干旱指标I_AEW将干旱状况分为无旱、轻度干旱、中度干旱、重度干旱、极度干旱五个等级。