[發明專利]一種氣候-生態系統耦合建模方法

有效

• 申請號: 201710372699.8
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107256293B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 王麗瓊;劉烽;任杰;梁志偉
• 申請（專利權）人: 南京雨后地軟環境技術有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 康瀟

本發明公開了一種氣候?生態系統耦合建模方法，屬于大數據技術領域，包括一個數據庫存儲集群和一個并行計算服務器群，在數據庫存儲集群中存儲主要氣候要素、主要生態要素和時間演變特征，在并行計算服務器群中構建目標區域氣候?生態耦合數值模型系統，最后對區域氣候?生態耦合數值模型系統進行GIS集成，構建高分辨區域氣候?生態系統耦合預測平臺，解決了現有的氣候數值模式中的模式誤差大的問題。

技術領域

本發明屬于大數據技術領域，尤其涉及一種氣候-生態系統耦合建模方法。

背景技術

主要的氣候數值模式技術德國氣候中心區域氣候模式REMO、國際理論物理中心研發的區域氣候模式RegCM、美國國家大氣中心地球系統模式和大尺度氣候模式CESM、美國航空航天宇航局國家氣候與環境預報中心WRF模式等；主要的陸面生態數值模式技術遙感蒸散PT-JPL模型、聯合的英國土地環境模擬器JULES模型、Noah-MP模型、美國公用陸面模式CLM4、美國威斯康星大學全球環境與可持續發展中心IBIS模型、總體科學評估模型ISAM模型等。

但模式誤差是不可回避的問題，區域氣候模式會由于本身的模式不完備性、側邊界強迫和物理外源強迫等的不確定性而產生模式系統誤差，陸面-生態模式也會由于植被、土壤、冰雪等的水熱過程、生理過程和光化學過程等參數化方案的不完備性、資料誤差和參數誤差等產生一定的模式誤差。

發明內容

本發明的目的是提供一種氣候-生態系統耦合建模方法，解決了現有的氣候數值模式中的模式誤差大的問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種氣候-生態系統耦合建模方法，包括如下步驟：

步驟1：氣候生態大數據庫的建立，并對氣候-生態數據庫進行大數據分析，獲取氣候、生態演變規律：建立一個分布式服務器集群，具體分布式服務器集群又可以細化成一個數據庫存儲集群和一個并行計算服務器群；

數據庫存儲集群主要用來存儲基礎地理數據庫、遙感監測數據庫、地面監測數據庫和調查/統計/挖掘數據庫，其存儲介質為磁盤陣列；數據庫存儲集群中存儲的數據包括主要氣候要素、主要生態要素和時間演變特征，所述主要氣候要素包括降水、地表氣溫、地表風場、地表水汽、地表輻射通量和土壤濕度及常規壓面要素；主要生態要素包括植被指數、植被覆蓋和植被生產力；時間演變特征主要包括變化趨勢、可能的波動周期、氣候尺度突變現象；

并行計算服務器群用來利用經驗正交分解EOF技術對重要要素的地理分布變化進行分型分析，分析過去幾十年間生態要素空間分布形態的變化和時間演變特征，通過利用經驗正交分解EOF技術對重要要素的地理分布變化進行分型分析，分析過去幾十年間生態要素空間分布形態的變化和時間演變特征，并且采用回歸分析、典型相關CCA、奇異矢量分解SVD和聯合EOF分解方法研究分析氣候要素和生態要素的相互關系；

步驟2：在并行計算服務器群中調試區域大氣環流模式和生態系統模式，進行多生態模式模擬試驗：選用多個陸面/生態系統模型，對與目標區域相似的模擬區域進行實際氣候強迫離線模擬，所述陸面/生態系統模型包括簡單生物圈模型PT-JPL、英國土地環境模擬器JULES、多參數公用Noah陸面模型Noah-MP、公用陸面模式CLM和陸面生物物理模型IBIS；

通過與實測資料和多模式集成資料對比，研究能源、水循環和碳循環過程對氣候強迫的適應性以及不同數值模型的模擬刻畫能力；

步驟3：在并行計算服務器群中構建目標區域氣候-生態耦合數值模型系統，進行氣候-生態耦合數值模型系統的建模和調試，利用耦合數值模型系統對目標區域氣候-生態相互作用及反饋進行數值模擬研究，揭示作用規律，其步驟如下：

首先擬以區域大氣環流模式為核心組件，根據離線數值模擬結果優選陸面/生態模型，將陸面/生態模型與區域大氣環流模式耦合；