[发明专利]一种基于归一化谱熵的冻土地温热影响测定方法

说明书

本发明公开了一种基于归一化谱熵的冻土地温热影响测定方法，采取多年冻土区的月最大地温作为基础数据，通过归一化谱熵作为评价多年冻土区热影响的指标，结合MODIS数据处理技术，利用R语言对MODIS数据进行处理，得出每月最大地温图，最后应用归一化谱熵法对各年的月平均地温图进行计算、叠加，并用叠加的归一化谱熵图来反映青藏高原多年冻土区的热影响情况，最终将归一化谱熵图遇实际地物、路网等进行结合，判断在较长的时间序列中，哪种地物对多年冻土区的地温影响最大，通过归一化谱熵的多年冻土地温热影响方法从月最大地温出发，弥补了受云层干扰大且没有考虑最不利因素的缺陷。

技术领域

本发明属于道路对生态环境影响领域，具体涉及一种基于归一化谱熵的冻土地温热影响测定方法。

背景技术

在全球气候变暖的大背景下以及线状工程修筑、运营期间对原有天然地面和大气之间水热平衡的打破，二者共同作用导致多年冻土区的地温持续升高，不仅加速了多年冻土的退化，而且给工程稳定性带来影响，并引起一系列道路病害和生态环境问题。

目前，多年冻土热影响研究的数据获取方式为通过基站、观测站得到，但这种数据获取方式本身存在一定的缺陷。在空间上，基站、观测站属于点状数据，得到的数据也只是某一限定范围内，在时间上跨度较短，二者共同作用导致数据本身准确度不高；其次对于多年冻土区的热影响的研究内容只是针对单一因素进行分析，没有深度挖掘冻土退化的实质原因。而多年冻土地温的升高是内在因素、外在因素长时间影响的结果。

随着信息熵算法的发展，有学者开始将归一化谱熵法应用到多年冻土环境变化的研究。然而，目前取每月平均地温值作为研究数据存在着受云层干扰较大和没有考虑最不利因素的缺点，并且面对多年冻土地区复杂的地理地质环境，现有技术并没有提供一种能够兼顾地温、时间序列的冻土热影响方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于归一化谱熵的冻土地温热影响测定方法，该方法通过对多年冻土区每月最大地温数据的处理，计算分析该地区的归一化谱熵值，实现对多年冻土区热影响情况的准确判断。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于归一化谱熵的冻土地温热影响测定方法，包括以下步骤：

步骤1)、获取多年冻土区地温数据；

步骤2)、应用R语言技术分别提取多年冻土区月最大地温数据；

步骤3)、计算多年冻土区月最大地温的归一化谱熵；

步骤4)、根据多年冻土区月最大地温的归一化谱熵对热影响状态进行分析，归一化谱熵值越大，即多年冻土热影响越严重。

进一步的，步骤1)中，应用MODIS产品数据获取多年冻土区地温数据；MODIS地表温度产品提供1km空间分辨率全球范围内的白天和夜间温度，从而得到温度数据；

MODIS数据是经过NASA MODIS数据工作组计算处理得到的MOD 2级产品，MODIS地表温度产品提供1km空间分辨率全球范围内的白天和夜间温度，为得到温度数据。

进一步的，基于MRT软件，数据的投影格式转换为WGS84经纬度，并将文件中的DN值转化为地表真实温度，转换公式为：

T_ij＝DN_ij*0.02-273.15℃ 公式(1)

式中，T_ij为第i行第j列的地表真实温度；DN_ij为下载modis数据文件中第i行第j列的数据。

进一步的，步骤2)中，结合公式(1)算出的地表真实温度值，并利用公式(2)与R语言编程技术相结合，计算出多年冻土区月最大地温：