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申请/专利权人：河海大学

摘要：本发明公开了一种基于水汽追踪的土地利用变化‑降水反馈定量评估方法，属于气候及土地利用变化下的气象水文模拟技术领域。方法包括：土地利用变化模拟，收集土地利用历史历年数据，通过构建CA‑Markov土地利用变化模拟模型，模拟提出多种情景下的土地利用分布；基于水汽追踪的降水模拟，通过构建改进的WRFWRF‑Hydro模型，进行多种土地利用情景下的陆‑气水循环过程追踪模拟；土地利用变化‑降水反馈分析，提取不同土地利用情景下的追踪与非追踪降水、蒸散发以及水汽输入通量模拟值，通过水汽收支平衡分析，定量评估土地利用变化‑降水反馈。本发明实现了降水变化的归因定量分析，为评估土地利用变化‑降水反馈提供了一种新的方法和技术，为气候变化下的气象水文变化归因分析打下了可靠的基础。

主权项：1.一种基于水汽追踪的土地利用变化-降水反馈定量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、收集土地利用历史历年数据、自然地理数据、社会经济发展数据、城镇交通数据，制作适宜性图集，构建CA-Markov土地利用变化模拟模型，基于格局演变偏好，模拟提出多种土地利用情景，建立包括对照组和实验组的土地利用情景方案集；S2、通过WRF参数化方案组合优选、WRF-Hydro水文参数率定与验证、环境变量设置及模型编译，构建耦合ET水汽追踪技术的WRFWRF-Hydro模型，基于步骤S1中建立的土地利用情景方案集，分别驱动WRFWRF-Hydro水汽追踪模型，进行陆-气水循环过程的追踪模拟；S3、提取不同土地利用情景下的追踪与非追踪降水、蒸散发以及水汽输入通量模拟值，通过降水变化量归因分析，定量评估土地利用变化-降水反馈特征；在步骤S1中模拟提出土地利用情景方案集的方法如下所示：S11、对至少2个典型年的土地利用数据进行取整、重分类操作，运用Markov模型获得相应年份间的土地利用转移矩阵；S12、进行土地利用变化驱动力分析，得到不同土地利用类型变化的主要影响因子，以及制约土地利用类型转化的限制因子；S13、针对不同的土地利用类型，确定对其影响显著的驱动因子，制作不同土地利用类型的影响因子适应性分布图；S14、基于土地利用情景格局的发展偏好，修改限制因子分布图；S15、通过将影响因子与限制因子进行交集处理，得到多个情景下不同土地利用类型的土地利用适宜图，并将同一情景下的适宜图集合成图集；S16、结合土地利用转移矩阵以及适宜性图集，对土地利用变化进行模拟，得到不同发展情景下的土地利用分布图，为实验组；选择制作土地利用转移矩阵的最邻近年土地利用分布为对照组；将实验组与对照组共同组成土地利用情景方案集；在步骤S2中构建耦合ET水汽追踪技术的WRFWRF-Hydro模型WRFWRF-Hydro-Tag的方法如下所示：S21、WRF空间嵌套方案设置：以研究区域为中心，遵循WRF模型空间嵌套设置的基本要求，在namelist.wps配置文件中进行空间嵌套方案及静态地理信息设置；S22、WRF模型参数化方案组合优选：结合研究关注重点，确定待优选参数化方案组合及待评价变量；采用欧空局中尺度天气预报再分析数据集ERA5作为大气强迫数据，针对每种参数化方案组合，分别进行非耦合WRF模型模拟；从年、季、月多个时间尺度以及点、面空间尺度对多个变量的模拟精度进行综合评价，采用欧氏距离确定最优参数化方案组合；S23、WRF-Hydro水文参数率定：通过对HydroSHEDS提供的水文和地理信息进行数据预处理，构建WRF-Hydro模型次网格方案，得到高分辨率全局参数栅格文件Fulldom.hires.nc及其他可选参数文件；选择步骤S22中最优参数化方案组合的模拟结果作为驱动数据，驱动非耦合WRF-Hydro运行；分析影响研究区域产汇流过程的主要敏感参数，基于Gauss-Marquardt-Levenberg优化算法，以纳什效率系数为目标函数，运用PEST参数估计程序对研究区域水文参数进行率定，并对率定结果进行参数验证以确定最优水文参数组；S24、WRFWRF-Hydro-Tag模型构建：基于上述步骤S21～步骤S23过程，在WRFWRF-Hydro模型中耦合基于水汽追踪的水分收支计算过程，通过标记每个计算时段初陆面蒸散产生的水汽，在区域气候水文模式运行的过程中，对水汽转换不断进行标记，在时间和空间尺度上追踪陆面蒸散，直至其在计算时段末以降水的形式回到陆面；在步骤S3中土地利用变化-降水反馈定量分析的方法如下所示：S31、计算降水循环比率，通过计算研究区域内由陆面蒸散产生的降水占比，确定研究区域上空水汽主要来源及引起流域水文循环性质改变的因素；S32、分析地表降水反馈过程：以对照组模拟结果作为控制试验，以实验组模拟结果作为扰动试验，定量识别土地利用变化对流域降水的直接和间接影响，解析土地利用变化-降水反馈的作用机制。

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百度查询： 河海大学 基于水汽追踪的土地利用变化-降水反馈定量评估方法