[发明专利]平衡流域实际蒸散变化归因误差的矩阵回归法

说明书

本发明涉及一种平衡流域实际蒸散变化归因误差的矩阵回归法，属于流域实际蒸散变化归因技术领域。包括如下步骤：将研究流域研究时段分段、计算各段Budyko公式中各参量均值及偏导数值；将各段各参量相对于各自前一段各参量的偏导数值展开为各段各参量的偏导数均值的泰勒级数；将研究流域各段间实际蒸散的变化量表示为各参量各段间偏导数值的多元一次方程组并利用最小二乘法求解；研究流域各段间实际蒸散变化量可归因为各参量各段间的偏导数值及各参量各段间变化量乘积与实际蒸散各段间变化量之比。

技术领域

本发明涉及流域实际蒸散变化归因方法，尤其涉及研究流域研究时期多段间流域实际蒸散变化归因方法。

背景技术

气候变化和人类活动影响下，流域内地表实际蒸散正在发生着剧烈的变化，对流域内生态系统水分供应与水资源的开发利用都产生了巨大影响，而对流域内实际蒸散变化归因是明晰流域内生态系统耗水规律的重要方法。因为各流域区域差异、气候条件千差万别，导致各个流域实际蒸散变化的原因不尽相同，所以发展量化引起流域实际蒸散变化众因子贡献的方法非常必要，对流域内水资源调控和管理、农业生产和生态文明建设都有指导意义。

当前基于Budyko水热耦合方程发展起来的流域实际蒸散变化归因方法是新近研究热点之一，主要包括全微分法、外推法、互补法和图解法：(1)全微分法，假设流域实际蒸散独立于潜在蒸散和降水，则各因子对实际蒸散变化的贡献被定义为实际蒸散对该因子的偏导与该因子变化量的乘积，该方法的优势在于基于实际蒸散的全微分来评估潜在蒸散和降水量的贡献，不足是偏导计算部分尚不统一，不同应用计算方式存在差异，可分为“向前逼近”、“两阶段平均”和“整个时段”计算偏导值，最佳的偏导计算方式尚无定论；(2)外推法，利用基准期的降水和潜在蒸散建立二者的回归关系，然后将回归关系应用到变化期，该方法优势在于计算简单、方便易行，不需要辅助数据，局限性在于当流域实际蒸散变化的突变年靠前时，会导致用来建立基准期实际蒸散与降水关系的样本量很少，在用回归关系估算变化期实际蒸散时偏差较大；(3)互补法，该方法基于实际蒸散对降水的弹性系数与实际蒸散对潜在蒸散的弹性系数之间的互补关系，其优势为能够将流域实际蒸散的变化归因为气候变化的贡献和控制参数变化的贡献，缺点是归因各因子的贡献时过程是相对独立的，归因误差存在片面化；(4)图解法，该方法以实际蒸散与降水之比为纵轴、以潜在蒸散与降水之比为横轴构建气候变化和人类活动影响实际蒸散的二维空间，假设在二维空间中气候变化影响实际蒸散变化的轨迹为曲线，人类活动影响实际蒸散的轨迹为垂直方向，从而归因实际蒸散，分解法的优势在于直观、易于理解，不足是在得到潜在蒸散变化的贡献之后，利用几何分解计算的降水量的贡献存在插值计算误差。

各个因子偏导数的准确计算是流域实际蒸散归因中的难点，为了减小控制因子偏导数计算方式所引起的实际蒸散归因歧义性，突破归因方法对流域蒸散变化存在突变点的局限，平衡各因子偏导数计算所引起的流域蒸散变化归因误差，借助Budyko公式分段描述流域水热耦合过程，通过各段间因子偏导数值变化的泰勒联系，发明了一种多段实际蒸散变化同时归因且平衡归因误差的矩阵回归法。

发明内容

为实现流域多段实际蒸散变化同时归因且归因误差总体最小化，本发明的目的是提供依各段间因子偏导数值变化的泰勒联系将各个因子偏导数的准确计算转换为各段各因子偏导数间的变化率，以拓展Budyko公式在流域实际蒸散归因应用中的适用性，降低因子偏导数值计算差别对Budyko公式归因流域实际蒸散变化的影响。

为实现上述技术目的，本发明提供了一种平衡流域实际蒸散变化归因误差的矩阵回归法，包括如下步骤：

S1：将研究流域研究时段分段、计算各段Budyko公式中各参量均值及偏导数值；

S2：将各段各参量相对于各自前一段各参量的偏导数值展开为各段各参量的偏导数均值的泰勒级数；

S3：将研究流域各段间实际蒸散的变化量表示为各参量各段间偏导数值的多元一次方程组并利用最小二乘法求解；