DB15/T 3974-2025 降水影响土壤水分增量的计算方法 草原区

内蒙古自治区地方标准DB15/T 3974-2025《降水影响土壤水分增量的计算方法 草原区》主要内容总结

1. ​​标准概述​​

• ​​适用范围​​：适用于草原区土壤解冻条件下，​​一候（5天）内累积降水对10 cm～20 cm土层水分增量​​的计算，主要用于土壤墒情与干旱监测。
• ​​归口与起草​​：由内蒙古自治区气象标准化技术委员会提出，内蒙古自治区生态与农业气象中心等单位起草。

2. ​​规范性引用文件​​

• 引用标准包括：
  • ​​GB/T 33705​​（土壤水分频域反射法观测）、​​GB/T 35228​​（降水量观测）、​​QX/T 631​​（草原蝗虫气象等级）。
• 这些标准支撑了降水、土壤水分等关键参数的测量方法。

3. ​​术语与定义​​

• ​​草原区​​：以天然牧草为主的畜牧业生产区（引用QX/T 631）。
• ​​降水量​​：特定时段内未蒸发、渗透或流失的降水水平积累深度。
• ​​土壤水分增量​​：一定时间段内土壤含水量（以相对湿度表示）的变化量（%）。

4. ​​计算方法​​

• ​​核心模型​​：基于​​多元线性回归（MLR）​​的机器学习模型，公式为：
  y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d x_4 + e
  • ​​因变量​​：土壤水分增量（y，%）。
  • ​​自变量​​：
    • x_1: 累积降水量（mm）；
    • x_2: 土壤水分初始值（%）；
    • x_3: 月份值（1-12）；
    • x_4: 降水累积持续时长（小时，h）。
  • ​​误差项​​（e）表示未解释的随机因素。

5. ​​模型建立与验证​​

• ​​关键要求​​：回归系数需通过​​显著性检验（P<0.001）​​，否则舍弃对应变量并重新建模。
• ​​模型性能​​：测试集真值与预测值的相关系数（R）范围：
  • 草甸草原区：10 cm（0.766）、20 cm（0.681）；
  • 典型草原区：10 cm（0.741）、20 cm（0.733）；
  • 荒漠草原区：10 cm（0.823）、20 cm（0.35）。
• ​​显著性​​：所有模型均通过​​P<0.01​​检验。

6. ​​代表性站点回归方程（附录A）​​

7. ​​计算流程（附录B）​​

1. ​​数据获取​​：从Excel等文件读取数据（示例代码：pandas.read_excel）。
2. ​​数据预处理​​：
   • 缺失值填充（均值填充）；
   • 数据归一化（标准化处理）；
   • 相关性分析（Spearman法）。
3. ​​模型训练与评估​​：
   • 划分训练集与测试集（比例80:20）；
   • 使用statsmodels库建立OLS回归模型；
   • 评估指标：平均绝对误差（MAE）、决定系数（R²）。
4. ​​参数优化​​：剔除不显著变量（P≥0.001），重新训练模型。
5. ​​持续监测​​：定期更新数据并调整模型。

8. ​​应用与意义​​

• ​​实践价值​​：为草原区土壤水分动态监测提供定量化工具，支撑干旱预警与生态管理。
• ​​区域特性​​：针对内蒙古不同草原类型（草甸、典型、荒漠）的土壤-降水关系差异，定制回归模型。

9. ​​补充说明​​

• ​​局限性​​：荒漠草原区20 cm土层模型仅保留降水量和初始值变量，可能受限于数据分布或环境特殊性。
• ​​扩展性​​：模型可结合更多气象因子（如温度、风速）或土壤类型参数进一步优化。

该标准通过数据驱动的机器学习方法，建立了降水对土壤水分增量的定量关系，为内蒙古草原生态保护与水资源管理提供了科学依据。