一种流域/区域干旱演变驱动机制的识别方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种干旱演变成因监控领域，尤其涉及一种流域/区域干旱演变驱动机制的识别方法。
【背景技术】
[0002]在气候变化和人类活动影响下，世界范围内的干旱总体呈现出频发、多发、连发和并发态势。自1900年以来，全球干旱灾害已导致1100多万人死亡，20亿余人受到影响。近50年来，我国气象灾害损失占全部自然灾害损失的61 %，而干旱灾害损失占气象灾害损失的55%。干旱不仅发生在水资源相对匮乏的北方地区，在水资源相对丰富的南方地区也频繁发生。近年来，西南和长江中下游地区均发生了大面积、长时段的干旱事件。因此，识别干旱演变的驱动机制具有重要的作用和意义。
[0003]近10年来，对干旱驱动机制的研究主要从三个方面开展:一是气候变化对干旱事件演变的影响；二是人类活动对干旱事件演变的影响;三是气候变化和人类活动共同对干旱事件演变的影响。
[0004]对于气候变化对干旱事件的驱动机制，国内外学者做了许多相关研究。谢安等在我国东北地区，翟盘茂等在我国东北、华北和西北地区，顾静等针对元代关中地区，章大全等在我国东部地区，Dai A G在美国等地区均开展了相关研究，结果表明，气候异常(气温升高或者降水减少)是引起上述地区发生干旱，甚至是持续干旱的主要原因。
[0005]近些年国内外学者越来越关注人类活动对于旱事件的驱动机制，其主要涉及土地利用/覆盖变化、水利工程建设等方面。符淙斌等在我国东北西部和内蒙古东部，姜逢清等在我国新疆地区，Deo R C等在澳大利亚东部地区，张虎强等在我国西部地区，穆兴民等在我国西南地区均开展了相关研究，结果表明，人类活动，特别是土地利用变化是加剧上述地区干旱化的主要原因。
[0006]随着气候变化和人类活动影响的加剧，从气候变化和人类活动两方面同时开展对干旱事件演变影响的研究越来越得到关注。程国栋和王根绪在我国西北地区，王建华和郭跃在我国重庆市，童亿勤等在我国宁波市，张家团和屈艳萍在我国东北、西南地区，Amin SB在地中海地区的黎巴嫩，龚志强和封国林在我国北方地区，张允等在西海固地区，郭瑞和查小春在泾河流域，侯光良等在青海东部地区，史东超在唐山市，迟鹏和张升堂在我国北方地区均开展了相关研究，结果表明，气候变化和人类活动是上述地区发生干旱和旱灾的主要原因。
[0007]这些方法的主要不足体现在两个方面:一是从气候变化和人类活动两个方面单独分析其对干旱事件演变的影响，难以体现干旱的自然和社会属性;二是从气候变化和人类活动两个方面综合分析其对干旱事件演变的影响，但是随着气候变化和人类活动影响的深入，水循环过程呈现出明显的“自然-人工”二元驱动特性，水利工程和灌溉设施的修建，在一定区域内改变了干旱事件的时空分布特征，上述方法难以体现干旱事件的发生存在着多元、复杂驱动特征。因此，应以“自然-人工”二元水循环整体要素过程为主线，明晰自然气候变化、人为气候变化、下垫面条件改变、水利工程调节等对干旱的影响，进一步完善复杂环境下干旱驱动机制的识别。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于针对现有干旱演变驱动机制识别方法的不足，提出一种流域/区域干旱演变驱动机制的识别方法。该方法以“自然-人工”二元水循环理论为主线，结合自然气候变化、人为气候变化、下垫面条件改变、水利工程调节对干旱的影响，构建干旱演变的驱动模式，可更准确地识别干旱驱动因子，为干旱风险评价和应对提供技术支撑。
[0009]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种流域/区域干旱演变驱动机制的识别方法，方法步骤如下，
[0010](I)识别干旱演变的驱动因子
[0011]主要影响时段的指示因子包括自然气候变化、人为气候变化、下垫面条件变化和水利工程的调节;下垫面条件的改变会影响大气水汽含量，但并非一个独立因子，根据因子选取独立性原则，选取降水量、大气水汽含量和水利工程作为判断自然气候变化、人为气候变化和水利工程对广义干旱的主要影响时段的指示因子;考虑到流域所在玮度带降水量受大气环流格局的影响，具有地带性，选取非地带性降水因子，即流域所在行政分区的降水量和流域自身的降水量；
[0012](2)分析气象水文要素演变规律
[0013]透析流域/区域内大气水汽含量、降水、气温、蒸发、径流、土壤含水量这些主要气象水文要素的演变规律的趋势性、突变性和周期性，得到流域所在玮度带年降水量突变点^，流域所在分区年降水量突变点t2，流域本身年降水量突变点t3，流域所在分区大气水汽含量突变点t4，则t = min{ ti，t2，t3，t4}为自然气候变化和人为气候变化对干旱主要影响时段的分割点，即人为气候变化从t时刻开始对干旱产生影响；
[0014](3)分析下垫面条件演变规律
[0015]下垫面条件的演变规律主要分析土地利用变化特征和水利工程运行情况，分析流/区域内所有水库的投入运用时间、主要供水范围这些主要的相关参数，确定流域/区域内水利工程最早投入运用的时间V ;
[0016](4)分析干旱演变驱动因子的影响时段
[0017]假设ts为起始时间，te为结束时间，经过步骤(2)和步骤(3)的分析，可以得到计算时段内自然气候变化对干旱的影响时段为[ts，V ]，计算时段内自然气候变化和水利工程对干旱的影响时段为[V，t]，计算时段内自然气候变化、人为气候变化和水利工程对干旱的影响时段为[t，te];
[0018](5)识别流域/区域干旱演变的驱动模式
[0019]根据步骤(4)的分析，可以识别流域/区域干旱演变的驱动模式。
[0020]作为优选，步骤(I)中，自然气候变化和人为气候变化通过影响大气水汽含量、降水和蒸散发，影响水资源系统的供需水;下垫面条件变化通过影响流域产汇流机制，影响地表水、土壤水和地下水量;蓄水、引水、提水、调水等水利工程的调节影响了水资源系统的供水侧。
[0021]作为优选，步骤(2)中，采用三次样条函数进行气象水文要素的趋势性分析，其中，显著性检验采用非参数统计检验方法;采用Mann-Kendal I法和Yamamoto法进行突变性检测;采用最大熵谱估计法进行周期提取。
[0022]作为优选，步骤(3)中，基于多期遥感数据分析流/区域内土地利用变化特征。
[0023]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明方法以“自然-人工”二元水循环理论为主线，结合自然气候变化、人为气候变化、下垫面条件改变、水利工程调节对干旱的影响，构建干旱演变的驱动模式，可更准确地识别干旱驱动因子，为干旱风险评价和应对提供技术支撑。可广泛应用于流域/区域干旱演变驱动机制识别，特别适用于东辽河流域干旱演变驱动机制识别。
【附图说明】
[0024]图1为干旱演变整体驱动机制识别原理；
[0025]图2为干旱演变驱动机制影响时段的分析方法；
[0026]图3为干旱演变驱动因子的影响时段分析结果；
[0027]图4为实施例中的干旱驱动模式识别结果；
【具体实施方式】
[0028]下面将对本发明作进一步说明；
[0029]实施例:参见图1、图2、图3、图4，一种流域/区域干旱演变驱动机制的识别方法，选取干旱事件频发的东辽河流域进行实证研究，方法步骤如下:
[0030](I)识别干旱演变的驱动因子
[0031]自然气候变化和人为气候变化通过影响大气水汽含量、降水和蒸散发，影响水资源系统的供需水;下垫面条件变化通过影响流域产汇流机制，影响地表水、土壤水和地下水量;蓄水、引水、提水、调水等水利工程的调节影响了水资源系统的供水侧。因此，降水、大气水汽含量、下垫面条件、水利工程是识别上述4类驱动力对干旱的主要影响时段的指示因子。而下垫面条件的改变会影响大气水汽含量，其并非一个独立因子，根据因子选取独立性原则，选取降水量、大气水汽含量和水利工程作为判断自然气候变化、人为气候变化和水利工程对广义干旱的主要影响时段的指