一种基于Budyko理论的干湿变化监测方法

本发明涉及气候监测，特别是涉及一种基于budyko理论的干湿变化监测方法。

背景技术：

1、气候变化对区域生态环境和社会经济产生深远影响，特别是在干旱和半干旱地区。全球海陆表面平均温度自1880年至2012年升高了0.85℃，显现出全球气候变暖的趋势。理解和监测干湿状况的变化对合理规划资源管理、利用和生态环境保护至关重要。

2、干旱指数是监测、预警、评估干旱的关键参数，可标记干湿发生时间和强度，反映干湿发生的机理。标准化降水蒸散指数spei是反映干湿状况的常用干旱指数，标准化降水蒸散指数（spei）是一种常用的干旱指数，它考虑了降水和潜在蒸散发，但未有效考虑水量平衡关系，也未充分考虑气象变化条件。

3、budyko理论全面深入关注气候系统中能量平衡与水循环之间的关系，该理论认为一个地区的气候主要受到其能量和水分平衡的控制，包括太阳辐射、风速、气温、蒸发和降水等因素的综合作用。这些因素的变化对潜在蒸散发和水循环产生复杂且相互关联的影响，进而影响干湿变化的发展趋势。因此，发展一种基于budyko理论的干湿变化监测的方法，对于全面深入了解水量平衡和气象因子对干湿变化的影响具有重要意义。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于budyko理论的干湿变化监测方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于budyko理论的干湿变化监测方法，包括：

4、构建输入数据集；所述输入数据集包括气温、风速、比湿、短波辐射、实际蒸散发、潜在蒸散发、降水和地表径流；

5、基于降水和潜在蒸散发之间的差值水分盈亏，计算干湿变化监测指数；

6、根据所述输入数据集中的数据选取budyko理论中的三种水量平衡比例因子，并建立所述水量平衡比例因子与所述干湿变化监测指数的相关函数；

7、建立所述干湿变化监测指数或所述水量平衡比例因子与温度、降水、短波辐射、风速，比湿和蒸散发之间的多元线性回归模型；

8、基于所述多元线性回归模型对所述相关函数进行修正，得到监测结果。

9、优选地，基于降水和潜在蒸散发之间的差值水分盈亏，计算干湿变化监测指数，包括：

10、计算月降水和潜在蒸散发之间的差值水分盈亏，并建立不同时间尺度的累积序列；所述累积序列的公式为：；其中，是第 i年第 j个月在 k月时间尺度上的水分盈亏积累，是第 i年第 m个月的差值水分盈亏；

11、采用log-logistic概率分布对所述累积序列进行拟合及标准化转换，得到不同时间尺度的所述干湿变化监测指数；进行拟合及标准化转换的公式以及干湿变化监测指数的公式为：

12、；；；

13、；

14、其中， f( d)为经过拟合后的序列； d为所述累积序列； p和 w分别为标准化的分布函数值和概率加权矩； spei为所述干湿变化监测指数；是对数逻辑分布的尺度、形状和原点参数； c0=2.515517， c1=0.802853， c2=0.010328， d1=1.432788， d2=0.189269， d3=0.001308。

15、优选地，所述水量平衡比例因子包括： ；其中， p为降水、 pet为潜在蒸散发、 r为地表径流、 et为实际蒸散发。

16、优选地，所述水量平衡比例因子的计算公式为：

17、；

18、；

19、；

20、其中，为表示干燥程度的因子；为调节系数。

21、优选地，所述相关函数的公式为：

22、；其中， spei为所述干湿变化监测指数， f’为所述相关函数。

23、优选地，所述多元线性回归模型的公式为：

24、；

25、其中， index代表 spei、任意一个变量； srd、 ws和 shum分别表示短波辐射、风速、比湿； a， b， c， d， e， f均为回归系数；为残差项。

26、优选地，基于所述多元线性回归模型对所述相关函数进行修正的公式为：

27、 f”( spei, p/ pet, r/ p, et/ p)= a0+ a1⋅ p+ a2⋅ et+ a3⋅ t+ a4⋅ srd+ a5⋅ ws+ a6⋅ shum+ a7⋅ spei+ a8⋅( p/ pet)+ a9⋅( r/ p)+ a10⋅( et/ p)+ ξ；其中， f”为 f’的修正后形式， a0~ a10均为回归系数。

28、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

29、本发明提供了一种基于budyko理论的干湿变化监测方法，包括：构建输入数据集；所述输入数据集包括气温、风速、比湿、短波辐射、实际蒸散发、潜在蒸散发、降水和地表径流；基于降水和潜在蒸散发之间的差值水分盈亏，计算干湿变化监测指数；根据所述输入数据集中的数据选取budyko理论中的三种水量平衡比例因子，并建立所述水量平衡比例因子与所述干湿变化监测指数的相关函数；建立所述干湿变化监测指数或所述水量平衡比例因子与温度、降水、短波辐射、风速，比湿和蒸散发之间的多元线性回归模型；基于所述多元线性回归模型对所述相关函数进行修正，得到监测结果。本发明能够全面深入了解水量平衡和气象因子对干湿变化的影响。