(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211266388.0 (22)申请日 2022.10.14 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115344815 A (43)申请公布日 2022.11.15 (73)专利权人 水利部交通 运输部国家能源局南 京水利科 学研究院 地址 210029 江苏省南京市 鼓楼区华侨街 道广州路2 23号 专利权人 中国能源建 设集团江苏省电力设 计院有限公司 　 长江水利委员会水文局 (72)发明人 王磊之　王欣怡　牛凯杰　李伶杰　 苏鑫　崔婷婷　刘勇　云兆得　 邓鹏鑫　(74)专利代理 机构 北京中先生知识产权代理事 务所(普通 合伙) 16063 专利代理师 窦贤宇 (51)Int.Cl. G06F 17/10(2006.01) G06F 17/13(2006.01) G01D 21/02(2006.01) 审查员 朱雷 (54)发明名称 考虑植被空间变化的天然径流变化归因分 析方法和系统 (57)摘要 本发明公开了一种考虑植被空间变化的天 然径流变化归因分析方法和系统， 通过构建模型 从网格尺度区分归一化植被指数NDVI受气候变 化和人类活动影 响下的地理空间变化， 在此基础 上， 分解下垫面参数对气候变化和人类活动的影 响， 分别计算气候变化和人类活动引起的归一化 植被指数的贡献率， 从而可以更加准确地计算出 气候变化对研究区域的天然径 流变化的贡献率、 人类活动对研究区域的天然径流变化的贡献率。 对天然径 流变化进行准确归因。 可更科学地得出 在任意空间尺度上径流受气候变化和人类活动 的贡献率。 本发 明提高了天然径 流变化归因的准 确性， 同时完善了气候变化和人类活动对流域河 川径流变化影响的定量归因方法体系。 权利要求书3页 说明书11页 附图4页 CN 115344815 B 2022.12.20 CN 115344815 B 1.考虑植被空间变化的天然径流变化归因分析 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤S1、 采集研究区域预定时间范围内的长时间序列数据， 并将预定时间范围至少分 为连续的第一时期和第二时期； 分别计算第一时期的归一化植被指数平均值NDVI1和第二 时期的归一 化植被指数平均值 NDVI2； 并计算其差值∆NDVIa， 其中∆NDVIa=NDVI2‑  NDVI1； 步骤S2、 构建归一化植被指数与气象要素的地理回归关系， 在约定下垫面参数恒定的 情况下， 分别 计算第一时期归一化植被指数平均值NDVI1s和第二时期的归一化植被指数平 均值NDVI2s； 并计算其差值 ∆NDVIC， 即为气候变化引起的归一化植被指数平均值变化量； 其 中，∆NDVIC =NDVI2s‑NDVI1s； 接着计算人类活动引起的归一化植被指数平均值变化量 ∆ NDVIH；∆NDVIH =∆NDVIa‑ ∆NDVIC； 然后分别计算气候变化和人类活动引起的归一化植被 指数的贡献率 ηC和 ηH； ηC=∆NDVIC/ NDVIa； ηH=∆NDVIH/ NDVIa； 步骤S3、 基于天然径流对不同因素变化量的弹性系数构建天然径流的全微分方程； 并 通过全微分方程计算第二时期与第一时期的天然径流量平均值之差dR， 以及降雨量变化、 潜在蒸散发变 化、 下垫面参数变 化导致天然径流量的改变 量∆Rp= εP（R/P）× ∆P、∆RET0= εET0 （R/ET0）× ∆ET0、∆RL= εL（R/L）× ∆L； 步骤S4、 基于上述步骤获得的气候变化和人类活动引起的归一化植被指数的贡献率ηC 和 ηH， 以及降雨量变 化、 潜在蒸 散发变化、 下垫面参数变 化导致天然径流量的改变 量∆Rp、∆ RET0和∆RL， 计算气候变化对研究区域的天然径 流变化的贡献率 ηRc、 人类活动对研究区域的 天然径流变化的贡献率 ηRH： ηRc=(ΔRP+ΔRET0)/ΔR×100%+ ηC×ΔRL/ΔR×100%； ηRH=ΔRL/ΔR×100%‑ηC×ΔRL/ΔR×100%= ηH×ΔRL/ΔR×100%； 其中， ΔR= ΔRP+ΔRET0+ ηC×ΔRL+ ηH×ΔRL； ηC×ΔRL/ΔR×100%为修正项， 即气候变化通过影响下垫面参数引起径流变化的贡献 率； ηH×ΔRL/ΔR×100%为人类活动通过影响下垫面 参数引起的径流变化的贡献率。 2.根据权利要求1所述的考虑植被空间变化的天然径流变化归因分析方法， 其特征在 于， 所述步骤S1进一 步为： 步骤S11、 划定研究区域， 并获取研究区域的地理数据； 步骤S12、 采集研究区域预定时间范围内的长时间序列数据， 所述长时间序列数据为中 分辨率成像光谱仪数据。 3.根据权利要求2所述的考虑植被空间变化的天然径流变化归因分析方法， 其特征在 于， 所述步骤S1中将预定时间范围至少分为连续的第一时期和第二时期的过程进一 步为： 步骤S1a、 判断研究区域是否存在影响下垫面参数的事件， 若存在， 将事件发生的时间 作为第一时期和第二时期的分界点； 若不存在， 进入步骤S1b、 步骤S1b、 构建预定长度的时间区间， 并在预定时间范围内滑动， 形成至少两个间隔大 于阈值的时期， 记为第一检测时期和第二检测时期； 在预定时间范围内选择至少一个时期 作为标准时期； 分别计算第一检测时期、 第二检测时期和标准时期的归一化植被指数平均 值； 步骤S1c、 分别计算第 二检测时期与 标准时期的归一化植被指数平均值的差值， 记为第 一变化值， 第一检测时期与标准归一 化植被指数平均值的差值， 记为第二变化 值，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115344815 B 2计算第一变化值与第二变化值差值， 并与阈值进行比较， 若大于阈值， 将第 一时期和第 二时期的起 点时间作为下垫面 参数改变的待检时刻， 放入待检时刻集 合。 4.根据权利要求1所述的考虑植被空间变化的天然径流变化归因分析方法， 其特征在 于， 所述步骤S2进一 步为： 步骤S21、 构建地理加权回归模型， 采集研究区域内第一时期的降雨量、 平均气温和空 间位置参数， 采用局部加权最小二乘法求解所述地理加权回归模型， 获得第一时期的归一 化植被指数并计算平均值 NDVI1s； 步骤S22、 采集第二时期的降雨量、 平均气温和空间位置参数， 设定归一化植被指数与 气象要素 的地理回归关系在第一时期和第二时期相同； 构建地理加权回归模型， 并采用局 部加权最小二乘法求解所述地理加权回归模型， 获得第二时期的归一化植被指数并计算平 均值NDVI2s； 步骤S23、 计算第二时期和第一时期的归 一化植被指数并计算平均值的差值 ∆NDVIC，∆ NDVIC =NDVI2s‑NDVI1s； 即为气候变化引起的归一 化植被指数平均值变化 量； 步骤S24、 计算人类活动引起的归一化植被指数平均值变化量 ∆NDVIH；∆NDVIH =∆ NDVIa‑ ∆NDVIC； 步骤S25、 分别计算气候变化和人类活动引起的归一化植被指数的贡献率ηC和 ηH； ηC=∆ NDVIC/ NDVIa； ηH=∆NDVIH/ NDVIa。 5.根据权利要求4所述的考虑植被空间变化的天然径流变化归因分析方法， 其特征在 于， 所述步骤S3进一 步为： 步骤S31、 构建研究区域的水平衡量方程R=P ‑ET‑ ∆S； 其中， R为径流量， P为降水量， ET为实际蒸散发量， ∆S为自然流域下的陆地水储量变化 量； 步骤S32、 构建干旱指数的函数， F （φ） = ET/P， 其中 φ为干旱指数， 其中， ， n为下垫面 参数； 步骤S33、 根据天然径流对变量的弹性系数的定义， 构建天然径流的微分方程； ； εP、 εET0、 εL分别为天然径流对降水、 潜在蒸散发和下垫面参数 的弹性系 数； 若弹性系 数 为正值， 表示径流随着该变量的增加而增加， 若弹性系数为负值， 表示径流随着该变量的增 加而减小； 步骤S33、 用天然径流第二时期和第一时期的多年平均径流量之差dR表示第一时期到 第二时期年径流的变化dR=R2‑R1， R2和R1分别为第二时期和第一时期的年径流 量； 步骤S34、 计算降雨量变化、 潜在蒸散发量变化、 下垫面参数变化导致天然径流量的改 变量∆Rp= εp（R/P）× ∆P、∆RET0= εET0（R/ET0）× ∆ET0、∆RL= εL（R/L）× ∆L。 6.根据权利要求5所述的考虑植被空间变化的天然径流变化归因分析方法， 其特征在 于， 还包括步骤S5： 步骤S51、 获取研究区地图及各处的气 候变化对研究区域的天然径流变化的贡献率 ηRc、 人类活动对研究区域的天然径流变化的贡献率 ηRH；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115344815 B 3