[發(fā)明專利]基于熱平流對(duì)非均勻下墊面蒸散發(fā)的計(jì)算方法、系統(tǒng)及應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110049622.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN113139273A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏征;陳鶴;張寶忠;李益農(nóng);蔡甲冰;彭致功;陸榕彬;謝薇;謝天慧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F17/11;G01J5/00
• 代理公司: 天津創(chuàng)信方達(dá)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 12247
• 代理人: 李京京

本發(fā)明公開是關(guān)于基于熱平流對(duì)非均勻下墊面蒸散發(fā)的計(jì)算方法、系統(tǒng)及應(yīng)用，涉及作物培育領(lǐng)域，該基于熱平流對(duì)非均勻下墊面蒸散發(fā)的計(jì)算方法包括以下步驟：步驟1：建立地表能量平衡計(jì)算模型；步驟2：建立熱平流計(jì)算模型；步驟3：利用無人機(jī)熱紅外影像獲取地表溫度，建立作物蒸散量計(jì)算模型；步驟4：將步驟1與步驟2的數(shù)據(jù)代入步驟3中，獲取作物蒸散量，并分析氣候要素對(duì)作物蒸散量的貢獻(xiàn)率。本公開技術(shù)方案本文基于無人機(jī)(UAV)熱紅外遙感反演農(nóng)田表面溫度，采用地表能量平衡方程、熱平流計(jì)算模型，計(jì)算農(nóng)田熱平流能量值，通過基于熱紅外的作物蒸散模型結(jié)合熱平流計(jì)算模型，推導(dǎo)基于熱平流項(xiàng)的作物蒸散模型計(jì)算法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開涉及作物培育領(lǐng)域，尤其涉及基于熱平流對(duì)非均勻下墊面蒸散發(fā)的計(jì)算方法、系統(tǒng)及應(yīng)用。

背景技術(shù)

地表能量平衡是氣候系統(tǒng)能量過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一旦表面能量發(fā)生非均質(zhì)性，就會(huì)發(fā)生熱平流A。對(duì)熱平流等能量交換過程的深入研究，將有助于進(jìn)一步了解農(nóng)田作物區(qū)域能量和物質(zhì)循環(huán)以及田間小氣候變化過程，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究中具有重要意義。

20世紀(jì)80年代末，人們發(fā)現(xiàn)野外試驗(yàn)觀測(cè)的地表能量普遍具有顯著的不平衡現(xiàn)象。仲雷等(2006年)研究得出曲宗地區(qū)能量平衡各分量以及地面加熱場(chǎng)具有明顯的季節(jié)變化和日變化規(guī)律。郭建俠等(2008年)對(duì)玉米生育期地表能量平衡進(jìn)行多時(shí)間尺度特征分析及不平衡原因的探索。張強(qiáng)等(2012 年)在分析地表能量不平衡差額變化特征基礎(chǔ)上,研究土壤熱儲(chǔ)存項(xiàng)和近地層大氣垂直感熱平流輸送項(xiàng)對(duì)地表能量不平衡的影響,并討論近地層垂直速度和溫度梯度對(duì)垂直感熱平流輸送的影響機(jī)制。官聰(2013年)分析研究了熱帶太平洋熱平流的基本特征與變化，指出熱平流是熱帶太平洋氣候系統(tǒng)形成和變異的重要因子。郝小翠等(2015年)分析垂直感熱平流輸送對(duì)LAS和EC 觀測(cè)感熱通量差異的影響。楊麗薇等(2017年)通過夏季近地層能量平衡與輸送分析，引入土壤淺層熱儲(chǔ)存和垂直運(yùn)動(dòng)引起的平流輸送，閉合率顯著提高。Qhasem Keikhosravi等(2019年)研究熱浪對(duì)伊朗各大城市熱島加劇的影響。Vicente García-Santos等(2020年)利用遙感衛(wèi)星結(jié)合無人機(jī)(UAV) 熱紅外生成LST地圖，分析了亞公里尺度的溫度不均質(zhì)性及其對(duì)地表-大氣能量相互作用的影響,指出無人機(jī)熱紅外對(duì)未來研究地面熱平流潛在優(yōu)勢(shì)。Wang Wei等(2020年)提出大氣平流導(dǎo)致了冠層和地表熱島的差異。Lin Chen等 (2020年)研究熱平流對(duì)多年凍土上道路熱態(tài)的影響。眾多學(xué)者多年來從各自研究方向，分析闡述熱平流相關(guān)內(nèi)容。

無人機(jī)(UAV)相較于衛(wèi)星遙感，具有靈活便捷，可低空飛行等特點(diǎn)，且不受云量等因素影響。無人機(jī)(UAV)熱紅外遙感平臺(tái)在田間尺度上具有高空間分辨率，能夠高精度獲取區(qū)域地面溫度參數(shù)變化。無人機(jī)遙感平臺(tái)的應(yīng)用彌補(bǔ)了衛(wèi)星遙感像元精度限制，目前，應(yīng)用無人機(jī)(UAV)熱紅外遙感平臺(tái)為數(shù)據(jù)采集手段，以農(nóng)田尺度分析田間熱平流相關(guān)研究較少。

解決上述技術(shù)問題的難度：

大多以遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為支撐，尺度高，范圍大，不能很好的計(jì)算分析農(nóng)田小區(qū)域內(nèi)熱平流變化；

遙感衛(wèi)星模糊了田間尺度下不同能量交換及熱平流存在的影響，使研究范圍、尺度等受到限制；

遙感影像降尺度處理方法多樣，缺乏統(tǒng)一的計(jì)算規(guī)范，因此，如何獲取高分辨率，較低尺度遙感數(shù)據(jù)并建立相關(guān)的計(jì)算模型成為研究農(nóng)田小區(qū)域范圍內(nèi)熱平流能量的關(guān)鍵。

解決上述技術(shù)問題的意義：

第一、通過基于熱紅外的作物蒸散模型結(jié)合熱平流計(jì)算模型，推導(dǎo)基于熱平流項(xiàng)的作物蒸散模型計(jì)算法，反演冬小麥日蒸散量ET_c分布影像，與渦度實(shí)測(cè)蒸散量具有良好的相關(guān)性；

第二、利用無人機(jī)熱紅外遙感平臺(tái)，計(jì)算得到不同像元點(diǎn)熱平流值，應(yīng)用熱平流項(xiàng)的作物蒸散模型計(jì)算法，將熱平流項(xiàng)A與蒸散量ET_c結(jié)合，即田間作物蒸散量模型中引入熱平流項(xiàng)A，根據(jù)不同點(diǎn)位熱平流值，計(jì)算其對(duì)應(yīng)蒸散量。

發(fā)明內(nèi)容