一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法

本发明涉及碳中和领域，尤其涉及一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法。

背景技术：

1、在全球变暖的背景下，高温-大气干燥-干旱复合事件是当前研究的热点事件，受到广泛关注。同时发生的高温和大气干燥复合条件会增加干旱的时长和严重程度，造成巨大的社会经济损失。然而当前缺少区域极端干旱对高温和大气干燥条件的响应研究。且高温和大气干燥作为造成干旱的重要因素，已有研究已经在降水和气温的变化中检测到人类活动信号，但缺少复合事件中人类活动信号检测的研究。未来温室气体继续排放，高温-大气干燥复合事件的发生的概率和严重程度预计进一步增加，探究控制温升和温室气体排放对减轻高温-大气干燥复合事件严重程度的作用，强调节能减排的重要性；研究干旱如何响应持续增加的高温-大气干燥复合事件，可以为决策者提供依据，进而促进防灾减灾措施的优化，减少极端气候对生态环境带来的压力和经济损失。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提出一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法，解决当前缺少区域极端干旱对高温和大气干燥条件的响应研究的技术问题。

2、本发明提供的一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：数据采集；采集干旱事件气候变化数据；

4、步骤s2：结合步骤s1获得的数据，计算的气温、降水、表层土壤水分和scpdsi标准化时间序列，并评估高温-大气干燥复合事件依赖关系和复合事件的严重程度；

5、步骤s3：历史时期区域极端干旱对高温和大气干燥条件的响应；结合步骤s2计算的气温、降水、表层土壤水分和scpdsi标准化时间序列，评估区域极端干旱对高温-大气干燥条件变化的响应；

6、步骤s4：人为气候变化背景下，高温-大气干燥复合条件的时间模式和依赖关系；结合步骤s2获得的气温和降水标准化时间序列，采用cmip6未来情景，预估未来不同等级的高温-大气干燥条件发生概率；

7、步骤s5：高温和大气干燥驱动下，区域极端干旱复合事件的重现概率预估；分别计算高温和大气干燥对干旱的额外影响，厘清影响区域极端干旱的驱动因素；基于驱动因素，每10年为一段时期量化历史和未来区域发生超过观测历史极端高温-大气干燥-干旱事件的概率；

8、步骤s6：高温-大气干燥复合事件的严重程度的时空演变特征及驱动因子；结合步骤s1获得的降水和气温数据，分别计算基于原始数据和去除线性趋势的标准化降水指数和标准化气温指数，并基于这两个指数计算scei，厘清影响scei历史时期变化的主导因子；

9、步骤s7：高温-大气干燥复合事件的气候变化信号的检测；采用基于旋转经验正交分解的检测与归因方法以及最优指纹法识别区域高温-大气干燥复合事件的人类活动信号。

10、一种存储介质，所述存储介质存储指令及数据用于实现一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法。

11、一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测设备，包括：处理器及所述存储介质；所述处理器加载并执行所述存储介质中的指令及数据用于实现一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法。

12、本发明提供的有益效果是：

13、(1)本发明弥补了以往的研究中，缺少区域极端干旱事件的发生概率对高温-大气干燥的响应。且本发明从百年尺度的视角分析了高温-大气干燥的发生概率和依赖关系的变化。本发明使用未来高排放情景下，从一个紧迫性的角度量化高温和大气干燥对干旱的额外影响，明晰了干旱发生时高温和大气干燥的平均状态，厘清高温和大气干燥的主导作用。本发明采用两套基于观测数据集和单模型大样本数据集，增加结果的可信度。本发明适用于全球及区域研究。

14、(2)本发明通过对复合高温-大气干燥事件的严重程度进行量化，采用基于旋转经验正交分解的检测与归因方法和最优指纹法对人为气候变化信号进行识别。且对不同温升水平和排放情景下，高温-大气干燥事件的严重程度进行分析，强调控制温升和排放在控制复合事件严重程度中的重要作用。

技术特征：

1.一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法，其特征在于：方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法，其特征在于：步骤s1中，所述干旱事件气候变化数据包括：基于观测的区域降水、气温数据和自校准帕尔默干旱指数scpdsi以及表层土壤水分数据；国际耦合比较计划第六阶段cmip6的气温、降水、表层土壤水分、潜热通量、显热通量、相对湿度、风速、最高气温、最低气温数据，以及高程和有效土壤含水量数据；单模型大样本集合来自地球物理流体动力学实验室的预测和地球系统研究无缝系统spear数据集，包括降水和气温数据。

3.如权利要求2所述的一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法，其特征在于：步骤s2具体为：采用彭曼-蒙特斯公式计算潜在蒸散发；采用潜在蒸散发、降水和土壤有效含水量计算自校准帕尔默干旱指数scpdsi；为进行不同变量和不同数据集的横向对比，对降水、气温、表层土壤水分和自校准帕尔默干旱指数scpdsi进行标准化计算；利用标准化所得数据，计算低降水和高温的联合发生的概率；采用copula函数计算概率乘法因子，用于评估高温-大气干燥复合事件依赖关系，和标准化复合事件指标scei，用于评估复合事件的严重程度。

4.如权利要求3所述的一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法，其特征在于：步骤s3具体为：

5.如权利要求4所述的一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法，其特征在于：步骤s4具体为：结合步骤s2获得的scpdsi标准化时间序列，对比cmip6的不同等级的高温-大气干燥复合条件在历史全强迫试验和仅自然强迫试验下变化趋势，分析人为气候变化在高温-大气干燥复合条件中的作用；计算概率乘法因子，分析未来相对于历史时期，高温和大气干燥条件的相互依赖关系变化；采用cmip6未来情景，预估未来不同等级的高温-大气干燥条件发生概率。

6.如权利要求5所述的一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法，其特征在于：步骤s5具体为：分别计算高温和大气干燥对干旱的额外影响，厘清影响区域极端干旱的驱动因素；以区域历史上观测的最极端高温-大气干燥-干旱事件作为标准，以该次事件的高温、大气干燥和干旱的区域平均值作为评估阈值，利用模式模拟数据计算该评估阈值下的高温、大气干燥和高温-大气干燥复合条件的历史和未来时期的发生概率；计算多模型的模式模拟数据历史时期和未来时期发生此等级干旱事件的概率的变化；评估发生极端干旱事件时，未来降水和气温的平均状态相对于历史时期的变化，厘清在高排放情景下，区域极端干旱对高温和大气干燥的依赖程度的变化，最后，每10年为一段时期量化历史和未来区域发生超过观测历史极端高温-大气干燥-干旱事件的概率。

7.如权利要求6所述的一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法，其特征在于：步骤s6具体如下：结合步骤s1获得的降水和气温数据，分别计算基于原始数据和去除线性趋势的标准化降水指数和标准化气温指数，并基于这两个指数计算scei，量化原始数据和去除线性趋势的高温-大气干燥复合事件的严重程度的时间演变趋势；计算基于原始数据和去除线性趋势的数据计算的scei的皮尔逊相关系数，判断scei的波动变化是由长期趋势或降水-气温耦合引起的；构建标准化降水指数、标准化气温指数和scei的三维关系，且将历史时期划分为三个不同阶段，判断scei在不同时期对气温和降水的响应；采用多元线性回归方法，量化区域标准化降水指数和标准化气温指数的变化对scei变化的贡献量，厘清影响scei历史时期变化的主导因子。

8.如权利要求7所述的一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法，其特征在于：步骤s7具体如下：

9.一种存储介质，其特征在于：所述存储介质存储指令及数据用于实现权利要求1～8任一项所述的一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法。

10.一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测设备，其特征在于：包括：处理器及存储介质；所述处理器加载并执行存储介质中的指令及数据用于实现权利要求1～8任一项所述的一种高温-干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法。

技术总结
本发明涉及碳中和领域，公开了一种高温‑干燥条件下干旱事件气候变化信号检测方法，方法包括：数据采集；评估高温‑大气干燥复合事件依赖关系和复合事件的严重程度；评估区域极端干旱对高温‑大气干燥条件变化的响应；预估未来不同等级的高温‑大气干燥条件发生概率；量化历史和未来区域发生超过观测历史极端高温‑大气干燥‑干旱事件的概率；厘清影响历史时期变化的主导因子；识别区域高温‑大气干燥复合事件的人类活动信号；分析控制排放是否能限制高温‑大气干燥复合事件严重程度的增加；本发明的有益效果是：从一个紧迫性的角度量化高温和大气干燥对干旱的额外影响，明晰了干旱发生时高温和大气干燥的平均状态，厘清高温和大气干燥对干旱的主导作用。

技术研发人员：冯舒云,顾西辉,王伦澈,管延松,张翔,孔冬冬
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：
技术公布日：2025/1/9