[發明專利]基于時變增益模型的水、能、碳耦合數值模擬方法及系統

有效

• 申請號: 202110099832.3
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112733385B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 曾思棟
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 金海榮

1.一種基于時變增益模型的水、能、碳耦合數值模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：接收氣象數據及土壤植被下墊面類型數據；

S2：初始化預設第一時間段內的平均冠層溫度、地表溫度，獲得冠層及地表的凈輻射通量；

S3：同時初始化所述第一時間段內的土壤含水率平均值，根據土壤含水率、光合作用、碳通量的平衡構建光合作用/氣孔導度耦合模型，進行植被動態碳同化模擬；

S4：根據光合作用/氣孔導度耦合模型得到的水汽的冠層導度與土壤含水率基于雙源蒸散發模型獲得蒸散發各組分；所述蒸散發各組分包括植被蒸騰、冠層截留蒸發量和土壤蒸發量；

S5：將所述蒸散發各組分、截留后降水、第一時間段內土壤含水率輸入時變增益產流模型，并迭代獲得土壤含水率，當迭代過程中的前后兩次含水率土壤誤差小于第一預設誤差時，停止迭代，否則重復步驟S3-S4；

S6：獲取冠層潛熱通量、土壤潛熱通量、冠層感熱通量、土壤感熱通量、土壤熱通量，構建能量平衡模型，迭代得到冠層平均溫度、土壤平均溫度，當前后兩次迭代得到的所述冠層平均溫度、土壤平均溫度均小于第二預設誤差時，停止迭代，否則重復步驟S2-S5；

所述步驟S5中通過以下方式獲得土壤含水率：

其中，P為降水，W_i+1和W_i分別為第一時間段末和第一時間段初土壤含水量，g₁和g₂為時變增益產流因子，WM為飽和含水量，K_r為土壤水出流系數，ET_i為潛在蒸散發，W為時段平均土壤含水率，F(W)為函數表達式，W^j+1為第j+1次迭代土壤含水率，W^j為第j次迭代土壤含水率，F(W^j)為函數表達式，F′(W^j)為F(W^j)的導數。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣象數據包括降水、最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、相對濕度、平均風速、短波輻射、長波輻射、CO₂濃度；

土壤植被下墊面類型數據包括土壤厚度、飽和含水率、田間持水率、飽和水力傳導度、反照率。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括：

根據所述光合作用/氣孔導度耦合模型得到的水汽的冠層導度求導得到水汽的冠層阻抗；

同時根據土壤含水率得到土壤阻抗；

水汽的冠層阻抗、土壤阻抗構建雙源蒸散發模型，通過下式得到蒸散發各組分：

其中，r_c為冠層阻抗，r_s為土壤阻抗，W_i為土壤含水率，W_f為土壤田間持水率，a、b、c均為參數，E_c、E_i、E_s分別為植被蒸騰、冠層截留蒸發量和土壤蒸發量，ρ_w為水的密度，λ為蒸發潛熱，Δ為飽和水汽壓－溫度曲線的梯度，ρ為空氣密度，C_p為空氣的定壓比熱，G為傳入土壤中的熱通量，γ為干濕球常數，W_fr為濕潤面積比例，r_ac為冠層表面邊界層阻抗，r_as為土壤表面邊界層阻抗，D₀為水汽壓差，W_c為冠層截留水量，ET為總蒸發量，R_nc為到達冠層的凈輻射通量，R_ns為到地表的凈輻射通量。