[发明专利]一种耦合多源数据的区域气象干旱等级预测方法

说明书

本发明公开了一种耦合多源数据的区域气象干旱等级预测方法，通过对网格化卫星遥感降水数据进行空间降尺度，构建高分辨率的区域降水空间数据库，采用标准化干旱指数划分干旱等级，引入反映大气环流特征的大尺度气象因子作为干旱状态转移概率的协变量，基于非平稳Markov链模型构建具有时变转移概率的气象干旱等级预测模型。本发明利用多源遥感信息和基础下垫面特征捕捉区域降水在空间上的变异性，弥补了传统站点观测降雨不足，充分利用能反映大气环流特征的大尺度气象因子这一旱涝演变的外部胁迫和前兆信号，一定程度上考虑了旱涝形成和发展机理，更贴合气象水文系统的动态演化特征，具有较强的科学性与实用性，可为搭建区域旱涝预警预报系统奠定基础。

技术领域

本发明属于灾害预报预警技术领域，特别涉及一种耦合多源数据的区域气象干旱等级预测方法。

背景技术

干旱是一种水分持续性短缺的自然现象，具有发生频率高、持续时间长、波及范围广等特点。我国地处亚洲季风气候区，降水量空间和年内分配严重不均，且季风路径和强度的年际变幅很大，加之境内地形等因素造成的水热不均，使得我国旱灾频发，是世界上遭受干旱灾害最为严重的国家之一。美国气象学会在总结各种干旱定义的基础上，将干旱分为四种类型，即气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱。气象干旱是指降水减少或无降水，其他类型干旱的形成都与气象干旱有直接的联系。

相较于诸如洪水、台风等其他极端气候事件所带来的“冲击性”后果，干旱的发生与发展具有显著的隐蔽性和“蠕变”性。一场干旱事件的起始和终止时刻往往难以界定，而一旦其影响范围和危害程度得以显现，应对和补救措施往往已严重滞后。因此，及时准确的干旱预测，对于指导抗旱工作开展，加强灾害风险应急管理，提高灾害应对水平等，均具有重大意义。

干旱监测是干旱预测的基础，现有方法大多基于实测雨量站点数据，但由于观测站点密度和分布不均匀的问题，难以体现降水分布的空间异质性；在一些偏远的资料稀缺或无资料地区，更是难以获取观测数据。近年来遥感技术的发展，为大范围干旱监测提供了一条全新的途径。高志强^[1]发明了一种基于地表水热通量遥感反演的干旱监测方法及系统，用于估算不同气候、地形条件下的区域地表能量和蒸散分布，为区域农业旱情监测提供技术支持。李就好等^[2]发明了一种基于HJ-1A/1B CCD数据的干旱监测方法，结合由HJ-1A/1B CCD遥感数据得到的MPDI数据和作物生育期来确定农业干旱情况；冯杰等^[3]提供了一种基于数据挖掘的干旱监测方法，综合考虑干旱监测中的多源遥感空间信息对遥感降水进行空间降尺度，采用空间数据挖掘技术构建干旱监测模型。但受当前技术水平的限制，干旱遥感监测还存在空间分辨率低等不足。

区域性的旱涝现象通常由局地大气水分收支的暂时性异常引起，但由于其影响因素众多且相互作用复杂，由于缺乏对灾变机制的全面认识，目前尚难以实现灾情的准确评估和预报。取而代之的是，可以对旱涝事件发生的相对频率和强度(等级)进行定量的预估。现有区域旱涝等级的预测预报主要从旱涝事件的随机性入手，采用时间序列分析工具，以达到揭示其时空演变特征的目的。杨志勇等^[4]采用二维Copula函数构建了滦河流域代表性气象站点季节降水距平百分率序列的联合分布，计算出各个站点旱涝交替和连旱连涝两类旱涝组合事件的发生概率。宋新山等^[5]利用Markov模型计算了黄淮海中下游地区16个代表站540年来不同旱涝状态的转移概率、持续时间、重现时间等统计特征。冯平等^[6]采用三维对数线性模型建立了滦河潘家口水库控制流域21个雨量站短期气象干旱等级预测模型，实现了预见期为1个月和2个月的气象干旱等级预测。

上述方法多将旱涝演变视作平稳过程，即认为其统计特征如旱涝状态的转移概率等不随时间改变，可由过往实测的气象或水文序列样本统计得到。然而，受气候变化和人类活动的干扰，气象水文系统具有显著的动态演化特征。为了有效应对动态演化条件下区域旱涝事件的灾变风险，亟需研发能够综合考虑内在成因与外部胁迫的区域旱涝预测方法。

文中涉及的参考文献如下：