[發明專利]一種優化模擬陸面蒸散過程的方法

有效

• 申請號: 202010315510.3
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111581788B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 胡中民;吳戈男
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京市盈科律師事務所 11344
• 代理人: 張瑞杰

1.一種優化模擬陸面蒸散過程的方法，其特征在于，按照以下步驟進行：

第一步，構建SWH雙源蒸散模型，并對SWH模型的關鍵參數土壤表面阻抗r_ss和冠層阻抗r_sc進行估算；

1）在現有S-W模型的基礎上構建SWH雙源蒸散模型；

2）通過引入土壤表面阻抗方程對土壤表面阻抗r_ss進行估算，估算方法為：

（1）

式中：SW和SW_S分別為土壤表層含水量和土壤表層的飽和含水量,b₁,b₂和b₃為經驗參數,b₁取值為3.5 s m^-1；

3）通過引入Ball—Berry氣孔阻抗模型對冠層阻抗r_sc進行估算，估算方法為：

（2）

式中：g₀、a₁為經驗參數，p_n為光合速率,h_s為冠層表面空氣相對濕度，c_s為氣孔胞間的CO₂濃度；

p_n是估算r_sc的關鍵驅動因子之一，此處，使用光能利用率模型估算的GPP代替p_n：

（3）

式中：PAR為光合有效輻射，FPAR為植被冠層吸收的PAR占總入射PAR的比例，ε為根據氣溫、土壤表層含水量、飽和水汽壓差標準化后的光能利用率：

（4）

（5）

（6）

式中：ε_max為表觀量子效率或最大光能利用率，?(T)和?(VPD)分別為減量調節后溫度和飽和水汽壓差標量，T_min、T_max和T_opt分別是溫度最小值、溫度最大值和光合作用最適溫度；

4）SWH模型的其他構建過程與參數估算方法與S-W模型一致；

第二步，通過加入冠層蒸發模塊對SWH雙源蒸散模型進行優化，其中冠層蒸發模塊基于Biome-BGC模型進行構建：

（7）

（8） （9）

式中：λ為蒸發潛熱；s 是飽和水氣壓е_sat和氣溫擬合曲線的斜率；A_c 是A分配給冠層的比例；A為能量余項，是凈輻射和土壤通量之差；F_c 為植被覆蓋度；F_wet 為水分覆蓋率；RH為相對濕度；ρ為空氣密度；Pa為大氣壓；C_p為空氣比熱容；濕潤冠層阻抗rvc為空氣動力學阻抗rhrc和冠層表面阻抗之和；ε為大氣輻射率；

第三步，通過改進土壤水分模塊對SWH雙源蒸散模型進行優化，其中土壤水分模塊基于Biome-BGC模型進行構建，但是針對其中的飽和含水量、田間持水量和萎焉點根據CLM模型中的公式進行計算，其中：

1）飽和含水量的估算方法為：

（10）

（11）

式中： 為土壤有機碳含量；為有機質孔隙度，設為0.9； 為礦質層土壤孔隙度；sand為土壤沙土含量；

2）田間持水量的估算方法為：

（12）

（13）

（14）

（15）

式中： 為飽和導水率；B為關鍵參數；；clay為黏土比例；

3）萎焉點的估算方法為：

（16）

（17）

（18）

式中：=-150000 mm， 為飽和土壤水勢；=-10.3 mm， 為飽和礦質層土壤水勢；

第四步，獲取SWH雙源蒸散模型關鍵參數的空間化信息：

1）基于FLUXNET 2015 Tier 1數據集，SWH雙源蒸散模型的數據來自163個FLUXNET站點的氣象數據以及通量觀測數據；

2）模型輸入數據還包括MOIDS LAI產品、NDVI產品、LUCC產品以及HWSD全球土壤數據集；

3）使用TIMESAT3.0軟件對LAI數據進行平滑處理以及缺失值處理；

4）獲取SWH雙源蒸散模型土壤阻抗關鍵參數b₂, b₃ 和氣孔導度關鍵參數а₁, g₀ 在163個FLUXNET通量站點的最優參數；

5）根據關鍵參數的經驗范圍進行10000次Monte Carlo，選取10個模擬效果最優的參數，取其平均值為該站點的最優參數；

6）建立163個FLUXNET站點最優參數與環境變量之間的經驗關系來獲取模型關鍵參數的空間化信息；

發現關鍵參數a₁與LAI、b₂與clay具有較好的相關性：

（19）

（20）。