[发明专利]基于总水储量亏损指数原理提高干旱监测时空准确性方法

说明书

本发明公开了一种基于总水储量亏损指数原理提高干旱监测时空准确性方法，能够实现干旱监测，提供早期预警信息，最大程度减轻旱灾对人类生产和自然环境造成的影响。传统的干旱监测方法需要通过插值获得干旱的空间分布结果，但是在地形复杂或观测站点稀少的地区，插值获取的干旱监测结果可能不准确。本发明提出利用地面实测数据的标准化干旱指数确定干旱强度，构建了新型总水储量亏损指数法。利用本发明所述的方法对中国西南地区2003～2016年的干旱进行评估，评估结果与政府报告的结果一致，进而验证了本发明方法的有效性。与传统的SPI、SPEI和SC‑PDSI相比，本发明不仅实现了由点到面的干旱监测，而且在干旱监测准确率上，分别比SPI、SPEI和SC‑PDSI提高了37.5％、29.2％和50％。

技术领域

本发明属于卫星重力学、水文学等交叉技术领域，尤其涉及一种基于总水 储量亏损指数原理提高干旱监测时空准确性方法。

背景技术

干旱是世界上最严重的自然灾害之一，会给农业生产、社会经济以及生态 环境带来严重损害。政府间气候变化专门委员会(The Intergovernmental Panel on ClimateChange，IPCC)2018年报告称，人类活动导致全球气温自工业化以来 上升了约1℃，2030～2050年全球变暖可能达到1.5℃。由于全球气候变化，许 多地区的干旱事件预计将在21世纪加剧。因此，开展有效的干旱监测以减少干 旱的危害迫在眉睫。传统的干旱监测方法依靠气象站观测的气象水文数据，通 过插值来获取干旱的空间分布。然而，在地形复杂或站点稀少的地区，插值法 的干旱监测结果往往不准确。

随着遥感技术的发展，干旱监测可以摆脱对传统站点观测数据的依赖，能 够在更大的时空尺度上获得与干旱相关的关键变量。重力恢复和气候实验 (Gravity Recoveryand Climate Experiment，GRACE)重力卫星任务于2002年 3月发射，由美国国家航空航天局(NASA)和德国航空航天中心合作开发。 GRACE可以通过监测地球重力场的变化获取陆地水储量变化信息，这带来了 新的水文信息来源。GRACE导出的陆地水储量纵向可分为五个部分：地表水、 地下水、土壤水、冰雪水以及生物水，覆盖了所有陆地水储量类型。干旱的重要特征就是土地缺水，因此干旱和陆地水储量之间具有密切联系。GRACE的 发展实现了大尺度区域储水信息的动态监测，使干旱监测摆脱了传统的站位测 量。因此，GRACE在干旱监测方面具有巨大的潜力，并且已经在区域干旱调 查中得到了应用。Yi和Wen提出了基于GRACE的水文干旱指数，用于监测 2003～2012年美国大陆的干旱情况。Thomas等建立了用于监测加州中央谷干旱 的GRACE地下水干旱指数，并评估了由于复杂的人类活动和自然变化引起的 地下水枯竭特征。Yu等利用GRACE蓄水亏缺指数对蒙古国的旱情进行了评估， 证明了GRACE在评估缺乏水文观测资料地区的干旱严重程度方面的有效性。

随着全球气候变化，近几十年来中国西南地区干旱事件的发生频率不断增 加。极端干旱往往导致大面积农作物歉收和人畜缺水等情况，会对当地造成难 以承受的破坏。例如，中国西南部的四川省和重庆市在2006年夏天遭遇了自 1891年有记录以来的最严重干旱，导致1500多万人饮水困难。在2009年秋 ～2010年春，西南地区又遭遇了“百年一遇”的特大干旱，造成的经济损失相 当于2010年国内生产总值的2.13％。因此，研究我国西南地区的干旱问题具有 重要的现实意义和实用价值。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于总水储量亏 损指数原理提高干旱监测时空准确性方法，以提高旱监测的准确率。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于总水储量亏损指数原理提 高干旱监测时空准确性方法，包括：

从GRACE数据中提取得到第i年第j月的陆地水储量异常值TSA_i,j；