[發明專利]基于熱平流對非均勻下墊面蒸散發的計算方法、系統及應用

在審

• 申請號: 202110049622.3
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN113139273A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 魏征;陳鶴;張寶忠;李益農;蔡甲冰;彭致功;陸榕彬;謝薇;謝天慧
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G01J5/00
• 代理公司: 天津創信方達專利代理事務所(普通合伙) 12247
• 代理人: 李京京

1.基于熱平流對非均勻下墊面蒸散發的計算方法，其特征在于，該基于熱平流對非均勻下墊面蒸散發的計算方法包括以下步驟：

步驟1：建立地表能量平衡計算模型；

步驟2：建立熱平流計算模型；

步驟3：利用無人機熱紅外影像獲取地表溫度，建立作物蒸散量計算模型；

步驟4：將步驟1與步驟2的數據代入步驟3中，獲取作物蒸散量，并分析氣候要素對作物蒸散量的貢獻率。

2.根據權利要求1所述的基于熱平流對非均勻下墊面蒸散發的計算方法，其特征在于，所述建立地表能量平衡計算模型步驟，具體包括以下步驟：

步驟1.1：建立地表能量平衡方程

地表能量平衡方程表示為：

R_n-G-S＝H+LE (1)

式中：R_n為凈輻射；G為土壤熱通量；S為植被冠層熱儲存量變化；H為顯熱通量；LE為潛熱通量；

步驟1.2：建立忽略植被冠層熱儲存量變化的地表能量平衡方程：

由于植被冠層熱儲存量變化S極小通常被忽略，因此，能量平衡方程可表示為：

R_n-G＝H+LE (2)

式中：R_n為凈輻射；G為土壤熱通量；H為顯熱通量；LE為潛熱通量；

步驟1.3：建立表面能量發生非均質性變化時的地表能量平衡方程：

表面能量發生非均質性，就會發生熱平流A，通常的四項能量平衡不再閉合，其表達式為：

R_n-H-LE-6+Imb＝0 (3)

其中：不平衡項Imb是體積內的蓄熱S、生物熱交換B、溫度的總和趨勢TT，熱平流A，和任何其他不可解釋的因素Ot的總和，

其表達式為：Imb＝S+B+TT+A+Ot。

3.根據權利要求2所述的基于熱平流對非均勻下墊面蒸散發的計算方法，其特征在于，所述建立熱平流計算模型步驟：熱平流A是能量不平衡Imb主要的部分，其計算模型為：

式中：ρ為空氣密度，單位kg/m³；C_p為比熱容，單位J/kg/℃；Δ_z為大氣高度，單位m；U為風速，單位m/s；ΔT是兩點之間的熱梯度，此處用(T_c-T_a)表示，T_c為熱紅外溫度、T_a為渦度空氣溫度，單位℃；ΔX為兩點之間的距離，單位m。

4.根據權利要求1所述的基于熱平流對非均勻下墊面蒸散發的計算方法，其特征在于，所述利用無人機熱紅外影像獲取地表溫度，建立作物蒸散量計算模型步驟中，其具體為，

步驟3.1：獲取無人機熱紅外影像；

步驟3.2：提取無人機熱紅外溫度；

步驟3.3：建立基于熱紅外的作物蒸散就散模型；

根據冠層和空氣阻力計算蒸散發的Penman-Monteith方程表達式為：

基于r_c/r_a的冠層溫度表達式為：

聯立(5)、(6)式得：

式中：ET_c為作物蒸散量，mm/day；R_n為凈輻射，MJ/m²·day；G土壤熱通量，MJ/m²·day；e_s為飽和水汽壓，kPa；e_a為實際水汽壓，kPa；e_s-e_a為飽和水汽壓差，kPa；Δ飽和水汽壓曲線斜率，kPa/℃；γ為濕度計常數，kPa/℃；C_p為空氣定壓比熱容，1.013×10^-3MJ/(kg·℃)；r_c為冠層阻抗、r_a為空氣動力學阻抗，s/m；T_c為冠層溫度、T_a為空氣溫度，℃。