CN113806948A - 一种空中水循环影响因素确定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空中水循环影响因素确定方法及系统,方法包括:利用降水转化率将目标地区划分为多个区域;获取影响每一个区域降水转化率的驱动因素,驱动因素包括自然因素和社会因素;确定驱动因素对所属区域的降水转化率的驱动值;将驱动值与预设阈值进行对比,如驱动值大于预设阈值,则将驱动值对应的驱动因素记为所属区域空中水循环的影响因素。本发明的空中水循环影响因素确定方法及系统,可以准确、定量分析出区域内部自然因素和社会因素对于空中水循环驱动力的大小,从而判断出各区域的主导影响作用是否与人类活动有关,给人类活动对水循环的影响提供参照,降低对水资源环境的破坏。

Description

一种空中水循环影响因素确定方法及系统
技术领域
本发明公开了一种空中水循环影响因素确定方法及系统,属于环境保护技术领域。
背景技术
水循环对于人类的生产活动有着重要的意义。水循环的存在,使人类赖以生存的水资源得到不断更新,使之成为一种再生资源,可以永久使用;使各个地区的气温、湿度等不断得到调整。研究水循环与人类的相互作用和相互关系,对于合理开发水资源,管理水资源,并进而改造大自然具有深远的意义。
空中水循环是水循环的大气过程,研究空中水循环的先决条件即是要确定影响空中水循环的因素。现有技术中,在确定空中水循环影响因素时,或是仅仅考虑自然因素,而忽略了人类活动的影响;或是过度强调人类活动的影响,而忽略了自然系统内部对于水文循环大汽过程的驱动作用。
空中水循环影响因素确定的不准确,将会导致难以明确人类开发水资源、管理水资源对水循环带来的影响,一旦发生过度开发或者管理,则会直接造成水环境的破坏。
发明内容
本申请的目的在于,提供一种空中水循环影响因素确定方法及系统,以解决现有技术中水循环影响因素确定不准确的技术问题。
本发明的第一方面提供了一种空中水循环影响因素确定方法,包括:
利用降水转化率将目标地区划分为多个区域;
获取影响每一个区域降水转化率的驱动因素,所述驱动因素包括自然因素和社会因素;
确定所述驱动因素对所属区域的降水转化率的驱动值;
将所述驱动值与预设阈值进行对比,如所述驱动值大于预设阈值,则将所述驱动值对应的驱动因素记为所属区域空中水循环的影响因素。
优选地,所述利用降水转化率将目标地区划分为多个区域,具体为:
获取目标地区各个区块的水循环参数,所述水循环参数包括降水转化率;
根据各个区块的降水转化率,确定平均绝对偏差;
根据所述平均绝对偏差,将所述目标地区划分为多个区域。
优选地,根据各个区块的降水转化率,确定平均绝对偏差,具体为:
根据第一公式确定平均绝对偏差,所述第一公式为:
Figure BDA0003274003110000021
式中,
Figure BDA0003274003110000022
为平均绝对偏差,xi为第i个区块的降水转化率,
Figure BDA0003274003110000023
为n个区块的降水转化率的平均值。
优选地,根据所述平均绝对偏差,将所述目标地区划分为多个区域,具体为:
将所述平均绝对偏差插值到所述目标地区;
获取所述平均绝对偏差的空间分布,根据所述空间分布,将所述目标地区划分为多个区域。
优选地,确定所述驱动因素对所属区域的降水转化率的驱动值,具体为:
确定每一个驱动因素对所属区域的降水转化率的第一驱动值;
相应的,将所有驱动值与预设阈值进行对比,具体为:
将所有第一驱动值与预设阈值进行对比。
优选地,确定所述驱动因素对所属区域的降水转化率的驱动值,具体为:
确定一个区域内的任意两个驱动因素共同作用下对所属区域的降水转化率的第二驱动值;
相应的,将所有驱动值与预设阈值进行对比,具体为:
将所有第二驱动值与预设阈值进行对比。
优选地,所述水循环参数还包括水汽通量;
根据第一公式确定所述水汽通量,所述第一公式为:
Figure BDA0003274003110000031
式中,Qu和Qv分别为纬向水汽通量和经向水汽通量,u为纬向风矢量,v为经向风矢量,g为重力加速度,q为不同气压层对应的层内比湿,Pt和Ps分别为大气顶气压和地面气压。
优选地,所述水循环参数还包括大气可降水量;
根据第二公式确定所述大气可降水量,所述第二公式为:
Figure BDA0003274003110000032
式中,W为大气可降水量,g为重力加速度,q为不同气压层对应的层内比湿,Pt和Ps分别为大气顶气压和地面气压。
优选地,所述降水转化率根据第三公式确定,所述第三公式为:
Figure BDA0003274003110000033
式中,P为单位面积上实际年总降水量;W为年大气可降水量。
本发明的第二方面提供了一种空中水循环影响因素确定系统,包括:
区域划分模块,所述区域划分模块用于利用降水转化率将目标地区划分为多个区域;
驱动因素获取模块,所述驱动因素获取模块用于获取影响每一个区域降水转化率的驱动因素,所述驱动因素包括自然因素和社会因素;
驱动值确定模块,所述驱动值确定模块用于确定所述驱动因素对所属区域的降水转化率的驱动值;
影响因素确定模块,所述影响因素确定模块用于将所述驱动值与预设阈值进行对比,如所述驱动值大于预设阈值,则将所述驱动值对应的驱动因素记为所属区域空中水循环的影响因素。
本发明的空中水循环影响因素确定方法及系统,相较于现有技术,具有如下有益效果:
本发明的空中水循环影响因素确定方法及系统,可以准确、定量分析出区域内部自然因素和社会因素即人类活动对于空中水循环驱动力的大小,从而判断出各区域的主导影响作用是否与人类活动有关。
附图说明
图1为本发明实施例提供的空中水循环影响因素确定方法的流程图;
图2为本发明实施例提供的空中水循环影响因素确定系统的结构示意图。
图中,110为区域划分模块,111为驱动因素获取模块,112为驱动值确定模块,113为影响因素确定模块。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
如图1所示,本发明实施例的空中水循环影响因素确定方法包括:
步骤1、利用降水转化率将目标地区划分为多个区域,具体为:
步骤1.1、获取目标地区各个区块的水循环参数,水循环参数包括降水转化率,其中降水转化率根据如下公式确定:
Figure BDA0003274003110000041
式中,P为单位面积上实际年总降水量,单位为mm;W为年大气可降水量,单位为mm。
步骤1.2、根据各个区块的降水转化率,确定平均绝对偏差,具体为:
根据第一公式确定平均绝对偏差,第一公式为:
Figure BDA0003274003110000051
式中,
Figure BDA0003274003110000052
为平均绝对偏差,xi为第i个区块的降水转化率,
Figure BDA0003274003110000053
为n个区块的降水转化率的平均值。
步骤1.3、根据平均绝对偏差,将目标地区划分为多个区域,具体为:
将平均绝对偏差插值到目标地区;
获取平均绝对偏差的空间分布,根据空间分布,将目标地区划分为多个区域,具体地:
根据实际情况,选取合适的取值区间将目标地区划分为多个区域。
降水转化率的平均绝对偏差直接可以用来反映降水转化率的稳定性,其是一个稳定性指标。
本发明中的目标地区可以为任意地区,例如内蒙古地区、辽宁地区、北京地区等。
步骤2、获取影响每一个区域降水转化率的驱动因素,驱动因素包括自然因素和社会因素;其中自然因素包括温度、湿度、蒸散发、风向、风速、地形、地质、土壤、植被等;社会因素包括人口总数、人口密度和GDP等。
上述驱动因素是从自然系统和社会系统中确定的与降水转化率空间分异性形成相关的因素。
步骤3、确定驱动因素对所属区域的降水转化率的驱动值,具体为:
确定每一个驱动因素对所属区域的降水转化率的第一驱动值和/或确定一个区域内的任意两个驱动因素共同作用下对所属区域的降水转化率的第二驱动值。
在一个具体的实施例中,使用地理探测器中的单因子分析器获取第一驱动值,使用地理探测器中的交互作用分析器获取第二驱动值。
在驱动值的确定过程中,可以根据使用者的实际需求选择不同的方案。例如只需探测单一因子的驱动作用则使用单因子分析器获取第一驱动值即可;只需探测两个因子的交互驱动作用则使用交互作用分析器获取第二驱动值即可;如需要探测单个因子和多个因子交互两个方面的驱动作用,则同时使用单因子分析器和交互作用分析器分别获取第一驱动值和第二驱动值即可。
步骤4、将第一驱动值和/或第二驱动值与预设阈值进行对比,如大于预设阈值,则将第一驱动值和/或第二驱动值对应的驱动因素记为所属区域空中水循环的影响因素。
为在保证准确性的基础上,降低计算量,加快计算速度,本发明进一步判断一个区域内的任意两个第一驱动值之差或者任意两个第二驱动值之差是否小于第一阈值,如是,则判断驱动值对应的驱动因素之间是否有显著差异,如有,则将驱动因素对应的驱动值与预设阈值进行对比,如大于预设阈值,则将驱动值对应的驱动因素记为所属区域空中水循环的影响因素。如无显著差异,则可选取其中一个相对重要的驱动因素进行分析即可。
在一个具体的实施例中,使用地理探测器中的生态探测器判断两个驱动因素之间是否有显著差异。
本发明的空中水循环影响因素确定方法可以准确确定对水循环驱动作用明显的自然因素和社会因素,从而给人类活动对水循环的影响提供参照,降低对水资源环境的破坏。
本发明在确定空中水循环影响因素后,可以再结合目标地区各个区域土地利用类型的时空特征和实际人文自然情况,分析出目标地区各区域自然-社会耦合系统对于当地空中水循环的影响机制。
其中时空特性使用水循环参数表征,水循环参数包括降水转化率、水汽通量和大气可降水量。降水转化率表示区域对应空中水汽变为降水的转化效率,水汽通量表示区域与外部水汽的交换情况,大气可降水量表示区域内部的水汽含量。
具体地,水汽通量根据如下公式确定:
Figure BDA0003274003110000071
式中,Qu和Qv分别为纬向水汽通量和经向水汽通量,单位为kg·m-1·s-1,u为纬向风矢量,v为经向风矢量,u和v的单位为m·s-1,g为重力加速度,单位为m/s2,q为不同气压层对应的层内比湿,Pt和Ps分别为气压的下限值和上限值。
大气可降水量根据如下公式确定;
Figure BDA0003274003110000072
式中,W为大气可降水量,单位为mm,g为重力加速度,单位为m/s2,q为不同气压层对应的层内比湿单位为kg/kg,Pt和Ps分别为分别为大气顶气压和地面气压,其中Pt可为300hPa~500hPa,优选为500hPa。Ps为1000hPa。
本发明的第二方面公开了一种空中水循环影响因素确定系统,包括区域划分模块110,驱动因素获取模块111,驱动值确定模块112和影响因素确定模块113。
其中区域划分模块110用于利用降水转化率将目标地区划分为多个区域;
驱动因素获取模块111用于获取影响每一个区域降水转化率的驱动因素,驱动因素包括自然因素和社会因素;
驱动值确定模块112用于确定驱动因素对所属区域的降水转化率的驱动值;
影响因素确定模块113用于将驱动值与预设阈值进行对比,如驱动值大于预设阈值,则将驱动值对应的驱动因素记为所属区域空中水循环的影响因素。
本发明的空中水循环影响因素确定方法及系统,相较于现有技术,具有如下有益效果:
本发明的空中水循环影响因素确定方法及系统,可以准确、定量分析出区域内部自然因素和社会因素即人类活动对于空中水循环驱动力的大小,从而判断出各区域的主导影响作用是否与人类活动有关,给人类活动对水循环的影响提供参照,降低对水资源环境的破坏。
进一步地,本发明将自然因素作为区域空中水循环稳定的基础,社会因素作为空中水循环进入新稳态的砝码,可以避免片面考虑自然因素或者社会因素的影响,从而更加全面地分析出自然社会耦合系统空中水循环的影响机制。
以上所述,仅是本申请的几个实施例,并非对本申请做任何形式的限制,虽然本申请以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限制本申请,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本申请技术方案的范围内,利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例,均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种空中水循环影响因素确定方法,其特征在于,包括:
利用降水转化率将目标地区划分为多个区域;
获取影响每一个区域降水转化率的驱动因素,所述驱动因素包括自然因素和社会因素;
确定所述驱动因素对所属区域的降水转化率的驱动值;
将所述驱动值与预设阈值进行对比,如所述驱动值大于预设阈值,则将所述驱动值对应的驱动因素记为所属区域空中水循环的影响因素。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述利用降水转化率将目标地区划分为多个区域,具体为:
获取目标地区各个区块的水循环参数,所述水循环参数包括降水转化率;
根据各个区块的降水转化率,确定平均绝对偏差;
根据所述平均绝对偏差,将所述目标地区划分为多个区域。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据各个区块的降水转化率,确定平均绝对偏差,具体为:
根据第一公式确定平均绝对偏差,所述第一公式为:
Figure FDA0003274003100000011
式中,
Figure FDA0003274003100000012
为平均绝对偏差,xi为第i个区块的降水转化率,
Figure FDA0003274003100000013
为n个区块的降水转化率的平均值。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据所述平均绝对偏差,将所述目标地区划分为多个区域,具体为:
将所述平均绝对偏差插值到所述目标地区;
获取所述平均绝对偏差的空间分布,根据所述空间分布,将所述目标地区划分为多个区域。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其特征在于,确定所述驱动因素对所属区域的降水转化率的驱动值,具体为:
确定每一个驱动因素对所属区域的降水转化率的第一驱动值;
相应的,将所有驱动值与预设阈值进行对比,具体为:
将所有第一驱动值与预设阈值进行对比。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其特征在于,确定所述驱动因素对所属区域的降水转化率的驱动值,具体为:
确定一个区域内的任意两个驱动因素共同作用下对所属区域的降水转化率的第二驱动值;
相应的,将所有驱动值与预设阈值进行对比,具体为:
将所有第二驱动值与预设阈值进行对比。
7.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述水循环参数还包括水汽通量;
根据第一公式确定所述水汽通量,所述第一公式为:
Figure FDA0003274003100000021
式中,Qu和Qv分别为纬向水汽通量和经向水汽通量,u为纬向风矢量,v为经向风矢量,g为重力加速度,q为不同气压层对应的层内比湿,Pt和Ps分别为大气顶气压和地面气压。
8.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述水循环参数还包括大气可降水量;
根据第二公式确定所述大气可降水量,所述第二公式为:
Figure FDA0003274003100000031
式中,W为大气可降水量,g为重力加速度,q为不同气压层对应的层内比湿,Pt和Ps分别为大气顶气压和地面气压。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述降水转化率根据第三公式确定,所述第三公式为:
Figure FDA0003274003100000032
式中,P为单位面积上实际年总降水量;W为年大气可降水量。
10.一种空中水循环影响因素确定系统,其特征在于,包括:
区域划分模块,所述区域划分模块用于利用降水转化率将目标地区划分为多个区域;
驱动因素获取模块,所述驱动因素获取模块用于获取影响每一个区域降水转化率的驱动因素,所述驱动因素包括自然因素和社会因素;
驱动值确定模块,所述驱动值确定模块用于确定所述驱动因素对所属区域的降水转化率的驱动值;
影响因素确定模块,所述影响因素确定模块用于将所述驱动值与预设阈值进行对比,如所述驱动值大于预设阈值,则将所述驱动值对应的驱动因素记为所属区域空中水循环的影响因素。
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