[發明專利]模擬落葉闊葉林葉片季節性動態的穩態近似方法及系統

在審

• 申請號: 201711232693.7
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN108197343A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 辛秦川;戴永久
• 申請（專利權）人: 辛秦川;戴永久
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/12
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

本發明實施例公開了一種模擬落葉闊葉林葉片季節性動態的穩態近似方法及系統，其方法包括通過聯立求解方程組來滿足植被葉片動力學兩種穩態條件以維持植被光合作用，所述兩種穩態條件包括：冬季休眠期和夏季冠層郁閉成熟期，耦合植被累積生產力GPD模型和物候模型，通過迭代計算至收斂求算LAI穩定態值；通過滑動平均法，預測完整的LAI時間序列；利用GPD模型模擬植被冠層光合作用，結合野外測量數據和衛星數據對其進行評估。實施本發明實例，基于植被光合作用生產力可以作為一個綜合指標來追蹤植被生長期對氣象因素適應性的原理，來模擬葉面積指數(LAI)的季節變化，并能夠將其應用于冠層光合作用的建模。

技術領域

本發明涉及制圖綜合技術領域，尤其涉及一種模擬落葉闊葉林葉片季節性動態的穩態近似方法及系統。

背景技術

葉片是植被進行光合作用和蒸騰作用的基本要素，在整個生態系統中，植被葉片在時間序列上的分配過程(即植被物候)對氣象及環境狀況高度敏感，且在很大程度上影響著地表、大氣間物質與能量的交換。為此建立一個能夠通過氣象變量來模擬葉片變化的模型，也是陸面模式和陸-氣耦合模式的重要組成部分。

地表模型常用葉面積指數(LAI)來表征植被冠層，因而，常在已知LAI的情況下來模擬地表冠層通量，如初級生產總量(GPP)和蒸發量(ET)等。盡管此類模型在復雜程度上各異，但已經可以建立一個合理的方程并將其概括為：

[GPP，ET]＝f(LAI，E_1，2，...n) (1)

式中，GPP表示植被總初級生產力(gC/m2/day)，ET表示蒸散發(W/m²)，f表示括號中帶有輸入參數的函數，LAI表示葉面積指數(m²/m²)，E_1，2，...n表示各種環境變量(例如，溫度，飽和蒸汽壓，光周期，高程和土壤含水量)。

式1中的外部環境變量可從觀測或者大氣環流模型中獲得，而葉片動力學則需要通過各種環境變量來模擬得到。為此引入方程(2)，該方程能夠作為方程(1)的補充，提供LAI值，主要涉及植被物候學的研究和建模及其與環境的相互作用。

LAI＝f(E_1，2，...n) (2)

式中，LAI表示葉面積指數(m²/m²)，和E_1，2，...n是指各種環境變量。

植被物候模型的建立是獨立于光合作用和蒸散發冠層模型發展的。表征植被葉片變化的一種方法是使用氣象變量來模擬關鍵的物候時期，比如春季返青期和秋季衰落期，例如：

(1)溫度是影響植被生物化學和葉片分配過程最重要的因素之一，植被日積溫模型(Growing Dgree-Day，GDD model)通過判斷日積溫是否達到一定閾值來預測春季返青時間。為了解釋除溫度以外其他環境驅動因素的影響，GDD衍生模型通過引入不同氣象變量的約束函數(如冷卻溫度，光周期，飽和水氣壓差和土壤水分脅迫)來制約溫度的積累。

(2)復雜的陸面模式(如CLM通用陸面模式)是使用一系列經驗函數對積溫過程進行制約，從而預測春季返青期和秋季衰落期。

(3)除了預測關鍵物候的具體日期，生物地球化學模型(如DNDC模型)首先選擇使用GDD時間序列來模擬最優的LAI時間序列，然后利用基于其他環境因素得到的經驗函數來模擬脅迫LAI時間序列。

(4)現有技術還提出了基于生長季指數(GSI)模型，分別通過溫度，飽和蒸汽壓和光周期三個指標來量化全年植被綠度的時間序列。

上述方法不同程度地成功模擬了植被的葉片季節性動態，但在很大程度上多是經驗型的，因此在氣象變化研究中具有局限性。