[发明专利]一种基于系统动力学的多年冻土活动层厚度计算方法

说明书

本发明公开了一种基于系统动力学的多年冻土活动层厚度计算方法，属于地质学领域，包括影响因素识别、因素间相关关系建立、系统动力学模型构建、动态数据交换及ALT时空分布分析5个步骤。所述影响因素识别是利用大数据挖掘技术识别并筛选出ALT主要影响因素；所述因素间相关关系建立是确定影响因素间相关关系；所述系统动力学模型构建是利用系统动力学方法，基于因果反馈关系构建ALT预测模型；所述动态数据交换是利用动态数据交换技术将SD模拟结果与ArcGIS中的空间信息进行匹配；所述ALT时空分布分析是将经过动态数据交换后的结果在空间上呈现，便于日后工程应用。

技术领域

本发明涉及地质学领域，具体涉及一种基于系统动力学的多年冻土活动层厚度计算方法。

背景技术

气候变化对全球冰冻圈生态平衡、水文过程、能量交换和碳循环造成极大扰动。多年冻土活动层作为冰冻圈中水热交换最为活跃的区域，对环境变化极其敏感。气候变化可能影响多年冻土活动层厚度 (Active Layer Thickness, ALT) 原有的冻融平衡，继而诱发融冻泥流、热融湖塘等次生灾害，威胁冰冻圈生态环境安全。与此同时，青藏高原冻土层中蕴含着大量的温室气体。气候变暖导致 ALT 冻融交替频次增加，会改变土壤中有机碳、氮的分解速率，从而影响温室气体排放量及排放规律。这些温室气体一旦排放进大气中，将带来一系列气候问题，极大影响我国“双碳”战略目标的实现。ALT受多因素共同影响，因缺乏大量基础数据，再加上青藏高原面积辽阔，众多因素间存在显著空间异质性，导致现有预测模拟难以对 ALT 进行精准预测。另一方面，目前诸多预测模型的参数设置复杂，数据需求量大，模型计算复杂度高，难以应用于工程实践。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于系统动力学的多年冻土活动层厚度计算方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于系统动力学的多年冻土活动层厚度计算方法，包括如下步骤：

S1、获取多年冻土相关资料并提取关键影响因素，利用所提取的关键影响因素建立冻土活动层厚度数据库；

S2、将提取的关键影响因素与实测的冻土活动层厚度数值进行相关性分析，根据相关性的大小选择关键影响因素建立系统动力学模型，并确定所选择的关键影响因素之间的相关关系；

S3、根据所构建的系统动力学模型及关键影响因素之间的相关性构建冻土活动层厚度影响因素因果回路图和存量流量图，并将其带入所建立的系统动力学模型，得到冻土活动层厚度预测值，并对预测结果进行不确定性分析；

S4、利用动态数据交换将系统动力学模型数据和ArcGIS数据进行交互，得到冻土活动层厚度数值的时空间分布。

进一步的，所述S1中提取关键影响因素具体包括如下步骤：

S11、利用 Python 语言编写数据转换代码将冻土相关资料中的多元数据转换为文本数据并存储于冻土活动层厚度文本信息库；

S12、利用 Python 语言对冻土活动层厚度文本信息库中数据进行爬取、清洗和整理；

S13、合并同义词并删除无法量化且操作困难的词频，得到关键影响因素。

进一步的，所述关键影响因素包括经度、纬度、短波辐射、长波辐射、降水量、近地面气压、近地面空气比湿、近地面气温、近地面全风速、植被指数以及海拔。

进一步的，所述S2中相关性分析通过Stefan 方程进行计算，具体计算方式为：

；

其中，：表示活动层厚度，表示土的导热系数，表示土壤水分相变引起的潜热变化且，表示冰融化的潜热，为土壤干容重，为总含水率，为未冻水含水量，DDF 为冻结指数，DDT 为融化指数。