[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

本發明涉及自然環境模擬技術領域，具體涉及一種優化模擬陸面蒸散過程的方法，在S—W模型的基礎上建立一種SWH模型，并以SWH雙源蒸散模型為基礎，改進模型冠層蒸散模塊和土壤水分模塊并在全球163個通量站點觀測數據的基礎上獲取模型關鍵參數的空間化信息，使得改進后模型的模擬效果得到了較為顯著的提高，并且改善了蒸散模擬低估的問題，與使用固定參數的原模型模擬效果比較，改進后SWH模型模擬效果得到了較為明顯的改善，說明模型關鍵參數a₁、b₂是模型不確定性的重要來源，R²從0.73提高至0.80，均方根誤差(RMSE)從130.23降低至104.31，擬合方程斜率從0.87提高至0.91，在一定程度上改善了SWH模型對于蒸散低估的問題。

技術領域

本發明涉及自然環境模擬技術領域，具體涉及一種優化模擬陸面蒸散過程的方法。

背景技術

蒸散是陸地生態系統最重要的重要過程之一，是水、能量與碳循環的核心，與生態系統生產力密切相關。借助模型和遙感技術是刻畫區域尺度蒸散時空格局與變化規律的基本手段。長期以來，蒸散模型得到了長足發展。其中，基于K理論的Penman-Monteith模型(P-M模型)是估算ET的經典方程，在此基礎上，研究者進一步提出Shuttleworth—Wallace模型(S—W模型)，從而在模擬蒸散總量的同時又對其組分，即土壤蒸發與植物蒸騰實現了拆分。S-W模型考慮到了生態系統水通量最重要的過程，計算過程相對簡單，參數較少，同時取得了較好的模擬效果，因而得到廣泛引用。研究表明S-W模型在不同的生態系統估算ET值相對其他模型具有較好的優勢，特別是對于ET組分的拆分有很好的效果。例如，趙鵬等人在中國西北地區比較了S—W模型和FAO-56模型對蒸散模擬的差異，認為S—W模型估算蒸散具有較高的精確性。雖然S-W模型在站點尺度上具有較好的模擬效果并得到廣泛應用，然而，在區域尺度上，一些關鍵參數如氣孔導度難以獲取，通常設為常數，其應用大大受到限制。另一方面，冠層蒸散也是陸面蒸散模擬的重要過程之一尤其在冠層密閉且降水充裕的生態系統，然而目前大部分的陸面蒸散模型在模擬過程中缺乏對冠層蒸散的估算，導致蒸散模擬結果存在較大的不確定性。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足提供一種優化模擬陸面蒸散過程的方法，在S—W模型的基礎上建立一種SWH模型，為了提高模型精度降低模型結果不確定性，對陸面蒸散過程進行了優化，加入了冠層蒸發模塊，改進了土壤水分模塊，并獲取了關鍵參數的空間變化信息，使得改進后模型的模擬效果得到了較為顯著的提高，并且改善了蒸散模擬低估的問題，尤其是在青藏高原地區。與大部分陸面蒸散模型相比，改進了關鍵參數帶來的不確定性。

本發明通過以下技術方案實現該目的：

一種優化模擬陸面蒸散過程的方法，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：

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(m³ m^-3),b₁(s m^-1),b₂和b₃(s m^-1)為經驗參數,b₁取值為3.5s 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：