一种骤旱对多行业经济影响的评估方法及系统
本发明涉及干旱灾害损失评估，具体来说，尤其涉及一种骤旱对多行业经济影响的评估方法及系统。
背景技术：
1、干旱作为全球分布最广泛的自然灾害之一，已然成为了一个严重威胁人类生存的环境问题。随着全球气候异常变化和人类活动日益加强，出现了一种快速干旱。与发展速度缓慢的传统干旱相比，这种干旱在几周内迅速发展，被称为“骤旱”。近年来，随着骤旱风险显著增加。并且由于骤旱具有发生速度快、预见期短、强度大、破坏性强的显著特征，对我国农业、生态及社会经济方面产生了破坏性影响。深入理解气候变化情景下骤旱灾害的经济影响，对未来旱情风险预测、防灾减灾和适应管理具有重要意义。
2、干旱以许多不同的方式影响生态系统和社会，跨越了许多经济领域。文献表明，我国的干旱损失主要与农业、能源生产、水供应的影响有关。受限于各行业干旱灾害损失数据的获取难度，现有研究大多仅分析干旱对总体经济的影响，而对各行业的具体影响缺乏系统评估。然而，不同行业对骤旱的暴露度和敏感性存在显著差异，农业、能源、制造业等对水资源依赖度较高的行业尤为脆弱。因此，精准评估骤旱对各行业经济增长的影响不仅有助于识别高风险行业，还能提高防灾减灾措施的针对性和有效性，减少骤旱带来的经济损失。
3、现有许多研究评估了干旱的经济影响，但主要针对其他类型的干旱，包括气象干旱和水文干旱，关于骤旱经济影响的定量评估较为罕见。此外，相关研究一般基于单变量频率分析方法评估干旱事件的社会经济影响，忽略了其它干旱变量(如持续时间、严重性)对经济发展造成的影响，难以全面揭示骤旱对经济的非线性影响，影响了政策制定的科学性和合理性，不利于精准应对骤旱带来的经济风险。
4、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
1、为了克服以上问题，本发明旨在提出一种骤旱对多行业经济影响的评估方法及系统，目的在于解决无法准确定量评估骤旱对多行业经济增长的影响问题。
2、为此，本发明采用的具体技术方案如下：
3、根据本发明的一方面，提供了一种骤旱对多行业经济影响的评估方法，该方法包括以下步骤：
4、该方法包括以下步骤：
5、s1、获取土壤湿度数据和社会经济数据，并结合预先配置的骤旱定义，识别出骤旱事件；
6、s2、计算年平均的特征变量，所述特征变量包括骤旱频率特征值、骤旱持续时间特征值及骤旱严重程度特征值；
7、s3、基于骤旱频率，通过加权平均方式获得年平均的暴露度变量，所述暴露度变量包括土地面积暴露度、人口暴露度和国内生产总值暴露度；
8、s4、基于相关性分析算法和方差膨胀因子分析算法，筛选出特征变量和暴露度变量；
9、s5、构建基于xgboost和shap的可解释模型，并对特征变量和暴露度变量进行分析；
10、s6、利用固定效应回归模型，定量评估特征变量和暴露度变量，对各行业经济增长的影响，并进行稳健性检验。
11、可选地，获取土壤湿度数据和社会经济数据，并结合预先配置的骤旱定义，识别出骤旱事件包括以下步骤：
12、s11、获取欧洲中期天气预报中心第五代再分析数据集和全球土地数据同化系统陆面模型中的土壤湿度数据；
13、s12、将多层土壤湿度数据进行插值处理，得到根区天尺度土壤湿度数据；
14、s13、获取年尺度的社会经济数据，社会经济数据包括网格化人口数据、gdp数据、人均gdp数据及控制变量数据；
15、s14、基于像元，将根区天尺度土壤湿度数据转化为根区土壤湿度分位数；
16、s15、根据根区土壤湿度分位数，计算土壤湿度快速下降率和持续时间，并根据预设标准，识别出骤旱事件。
17、可选地，预设标准包括：
18、当一侯的根区土壤湿度分位数从第40百分位以上下降到第20百分位以下，每个候的平均下降度大于等于5％，表明突发干旱开始；一旦根区土壤湿度分位数下降到第20个百分位数以下，如果根区土壤湿度分位数开始增加或平均下降度小于5％，则突发干旱发展阶段结束；如果根区土壤湿度分位数再次上升到第20个百分位数以上，则突发干旱将会终止；干旱时间持续至少四候。
19、可选地，骤旱严重程度特征值的计算公式为：
20、
21、式中，s表示骤旱事件的严重程度；t0表示突发干旱事件的开始时间；tp表示突发干旱事件的结束时间；表示第j侯时第40百分位数的土壤湿度阈值；smj表示第j侯的土壤湿度值；表示第j侯时sm距40％阈值的不足；dj是时间变量j的微分。
22、可选地，土地面积暴露度的计算公式为：
23、
24、式中，eland表示一定时期内某区域暴露于骤旱事件的土地面积比例；fit表示某i格点第t年发生骤旱的频数；l表示研究区域的栅格数量；landi表示第i个格点的面积；
25、人口暴露度的计算公式为：
26、
27、式中，epop表示一定时期内某区域暴露于骤旱事件的人口比例；fit表示某i格点第t年发生骤旱的频数；l表示研究区域的栅格数量；popit表示某i格点第t年平均的人口；
28、国内生产总值暴露度的计算公式为：
29、
30、式中，egdp表示一定时期内某区域暴露于骤旱事件的国内生产总值比例；fit表示某i格点第t年发生骤旱的频数；l表示研究区域的栅格数量；gdpit表示某i格点第t年平均的国内生产总值。
31、可选地，基于相关性分析算法和方差膨胀因子分析算法，筛选出特征变量和暴露度变量包括以下步骤：
32、s41、计算特征变量和暴露度变量相应的自然对数值；
33、s42、利用相关性分析算法，根据特征变量和暴露度变量相应的自然对数值，计算特征变量和暴露度变量的相关系数；
34、s43、基于特征变量和暴露度变量的相关系数，并结合方差膨胀因子分析算法，筛选出特征变量和暴露度变量。
35、可选地，构建基于xgboost和shap的可解释模型，并对特征变量和暴露度变量进行分析包括以下步骤：
36、s51、将筛选出的特征变量和暴露度变量与控制变量集合作为输入数据，将总体和各行业经济增长作为输出数据，构建可解释模型的训练集和验证集；
37、s52、初始化基于xgboost的可解释模型，利用贝叶斯优化算法，结合训练集和验证集，对可解释模型进行超参数调优，得到训练后的可解释模型；
38、s53、使用平均绝对误差、均方误差和均方根误差评估训练后的可解释模型的回归预测能力；
39、s54、采用shap解释框架，对特征变量和暴露度变量进行分析。
40、可选地，利用固定效应回归模型，定量评估特征变量和暴露度变量，对各行业经济增长的影响，并进行稳健性检验包括以下步骤：
41、s61、构建经济增长影响基准模型；
42、所述经济增长影响基准模型的表达式为：
43、
44、式中，x、t和k分别表示城市、年份和行业；表示经济增长；dxt、sxt、rpopxt、rgdpxt分别表示骤旱持续时间、严重程度、人口暴露度和gdp暴露度；xnxt表示其他控制变量；a表示常数项；β表示各变量的系数；ux和vt分别表示个体效应和时间效应；εxt表示误差项；
45、s62、对经济增长影响基准模型进行模型评估检验，并结合双向效应检验，选取出基于固定效应回归模型的经济增长影响最终模型；
46、s63、对经济增长影响最终模型的基准回归结果进行分析，定量评估特征变量和暴露度变量，对各行业经济增长的影响，并进行稳健性检验。
47、可选地，对经济增长影响基准模型进行模型评估检验，并结合双向效应检验，选取出基于固定效应回归模型的经济增长影响最终模型包括以下步骤：
48、s621、对经济增长影响基准模型进行f检验、lm检验和hausman检验，得到检验结果；
49、s622、根据检验结果在固定效应模型、混合效应模型和随机效应模型中选择经济增长影响最优模型；
50、s623、基于双向效应检验对经济增长影响最优模型进行筛选，选取出基于固定效应回归模型的经济增长影响最终模型。
51、根据本发明的另一方面，提供了一种骤旱对多行业经济影响的评估系统，该系统包括：数据收集和识别模块、特征变量计算模块、暴露度变量计算模块、特征变量和暴露度变量确定模块、特征变量和暴露度变量分析模块和特征变量和暴露度变量评估模块；
52、数据收集和识别模块，用于获取土壤湿度数据和社会经济数据，并结合预先配置的骤旱定义，识别出骤旱事件；
53、特征变量计算模块，用于计算年平均的特征变量；
54、暴露度变量计算模块，用于基于骤旱频率，通过加权平均方式获得年平均的暴露度变量；
55、特征变量和暴露度变量确定模块，用于基于相关性分析算法和方差膨胀因子分析算法，筛选出特征变量和暴露度变量；
56、特征变量和暴露度变量分析模块，用于构建基于xgboost和shap的可解释模型，并对特征变量和暴露度变量进行分析；
57、特征变量和暴露度变量评估模块，用于利用固定效应回归模型，定量评估特征变量和暴露度变量，对各行业经济增长的影响，并进行稳健性检验。
58、相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：本发明通过引入频率、持续时间、严重程度及暴露度等多维度变量，能够更全面、准确地捕捉骤旱的特征及其对经济的实际影响；考虑了骤旱对不同行业的影响，结合shap分析和固定效应回归模型定量评估了骤旱对多行业经济增长的作用，并通过稳健性检验确保了结果的可靠性。与现有的研究方法相比，本发明在变量设计和分析框架上更具科学性，能够准确反映骤旱的经济效应，且具有较强的普适性，可推广至其他自然灾害的研究，为防灾减灾和风险管理提供科学依据。