[發明專利]一種顧及物侯信息的植被冠層蒸騰反演方法

有效

• 申請號: 202011038875.2
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112182882B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 金佳鑫;郭豐生;嚴濤;雍斌;王衛光
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06V20/13;G06Q10/06;G06F17/18;G06F17/10;G01N33/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 成立珍

本發明公開了一種顧及物侯信息的植被冠層蒸騰反演算法，屬于水循環關鍵參數定量反演的技術領域，本發明利用衛星遙感植被指數數據獲取植被冠層季節性葉面積變化和物候節律信息，提供了一種“光合?導度”模型中氣孔導度斜率參數的動態參數化方法；通過遙感葉面積指數(LAI)指代植被冠層葉片的生長活性，表明年周期內LAI與氣孔導度斜率參數具有很好的線性關系。利用LAI時序變化將植被生長季劃分為生長期和衰落期，對不同物候期分別建立LAI與氣孔導度斜率參數關系，可清晰識別氣孔導度斜率參數對LAI變化的非對稱響應，體現物候對葉片功能具有重要影響，表明非線性模型對氣孔導度斜率參數的估算精度更高，可有效降低冠層氣孔導度以及蒸騰的季節性誤差。

技術領域

本發明屬于水循環關鍵參數定量反演的技術領域，具體涉及一種顧及物侯信息的植被冠層蒸騰反演方法。

背景技術

地表蒸散發(Evapotranspiration，ET)是植被蒸騰、植被截留蒸發及土壤蒸發的總和，在陸氣水分與能量交換中起重要作用。全球約60％的降水來自于ET，蒸散發過程消耗了地表吸收能量的50％以上。在全球地表ET中，蒸騰約占80％，特別是在植被覆蓋度較高的地區，ET以植被蒸騰為主。因此，準確估算植被蒸騰是ET估算的關鍵，對理解氣候變化背景下生態系統水循環關鍵要素的動態及成因具有重要的科學意義。

Penman-Monteith(P-M)方程將物理約束與生物約束有效結合，被公認為機理性最強的蒸騰估算模型，為站點到全球尺度的蒸騰估算提供了重要基礎。對于P-M方程而言，氣孔導度是植被蒸騰估算的決定性參數。氣孔是植被蒸騰的主要通道，控制著水分從土壤經植被到大氣的水汽流，并且控制著二氧化碳(CO₂)由大氣進入葉肉組織的速率。在氣孔導度的模擬方法中，“光合-導度”模型機理性強、模型參數少，應用日益廣泛。耦合光合與蒸騰過程的“光合-導度”模型，認為氣孔導度與光合速率之間呈線性關系(如Ball-Berry模型)，其關鍵參數為氣孔導度斜率參數(g₁)。Miner等人在“Estimating the sensitivity ofstomatal conductance to photosynthesis：a review”一文中指出，該參數所對應的葉片功能性狀不僅受到環境因子的影響，也受到植被生長發育過程的調控。

物候(Phenology)是生物周期性的生長變化。從植物個體到生態系統各個尺度，眾多過程都由物候直接或間接調控，特別是與水(蒸騰與蒸發)、碳(光合與呼吸)循環相關的過程。通常而言，植物物候一方面體現在與葉片長落的數量變化，另一方面體現在葉片的功能變化。物候對氣候變化非常敏感，在全球變化研究中受到廣泛關注。隨物候變化，生態系統水、碳循環與耦合方面將表現出一定的響應。在“Journal of Geophysical Research：Biogeosciences”2018年123卷“Warming-Induced Earlier Greenup Leads to ReducedStream Discharge in a Temperate Mixed Forest Catchment”一文中，Kim等人將物候模型耦合到生態水文模型中，結果表明考慮葉片長落時間的年際變化可以顯著提高ET的模擬精度，且物候變化可以調節氣候變化對ET的影響。盡管如此，該研究中蒸騰估算誤差存在明顯的季節性變化，限制了ET總體模擬精度及年內動態監測的可靠性。導致這種現象的重要原因是利用物候信息改進植被蒸騰估算時，僅考慮了冠層葉片數量變化的貢獻，而未考慮葉片功能變化的影響。葉片數量與功能變化對生態系統水、碳通量的影響途徑和貢獻不同。大量葉片光譜和功能性狀的觀測研究已證實葉片功能隨葉片生長與發育表現出顯著的季節性變化。在氣孔導度模型中，使用靜態參數方案將限制葉片功能隨物候變化的表達，造成植被蒸騰估算的季節性誤差。