[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

本發明提供一種基于時變增益模型的水、能、碳耦合數值模擬方法及系統，方法包括：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：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：基于雙源蒸散發模型獲得蒸散發各組分；S5：將蒸散發各組分、截留后降水、第一時間段內土壤含水率輸入后的時變增益產流模型，迭代得土壤含水率；S6：獲取冠層、土壤潛熱通量、冠層、土壤感熱通量、土壤熱通量，構建能量平衡模型，得到冠層平均溫度。本發明能實現一定時段內水量、能量、碳通量的計算平衡，從而消減了能量及物質不平衡帶來的計算偏差。

技術領域

本發明涉及水文學與生態學的交叉領域，具體而言，是一種基于時變增益模型的水、能、碳耦合數值模擬方法。

背景技術

研究陸地水循環、地表能量平衡和生態系統碳循環的水、能、碳耦合過程，是準確認識變化環境下陸地生態水文的耦合機制特征，實現流域水、碳資源管理的重要基礎，對于流域水資源綜合管理、作物高效灌溉、生態系統穩定具有重要作用。

陸地水、能、碳耦合研究常用的方法有基于穩定同位素技術、渦度相關技術、樹干液流液流技術的試驗觀測方法、基于遙感反演產品以及基于生態水文模型的數值模擬。試驗觀測由于其往往在生態系統通量站個體，在區域尺度往往受到限制；基于遙感反演產品的估算一般范圍較大，難以獲取長時間連續觀測序列；因此基于生態水文模型的模擬方法仍然是研究陸地水、能、碳耦合過程的主要手段。

在現有技術中，一方面傳統的水文模型一般注重流域水循環過程，對于生態過程往往描述不足，同時生態模型在水文過程的描述也欠缺，這種忽略植被—水文的相互作用機理的模型描述，導致生態水文的耦合是松散的耦合關系，當這種松散耦合模型用于生態水文要素模擬及特征研究時，將直接導致生態水文水、能、碳模擬的偏差；另外一方面這些模型大多以各自領域為切入點，未充分考慮蒸散發過程聯系的水～能～碳的平衡機制，導致由于物質和能量的不平衡而影響計算的準確度。

基于此，仍然需要通過基于物理機制來進一步完善生態水文水量、能量、碳通量耦合模擬的方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明針對水、能、碳耦合模擬的難點問題，本發明的目的之一在于提供一種基于時變增益模型的水、能、碳耦合數值模擬方法，該方法能實現一定時段內水量、能量、碳通量的計算平衡，從而消減了能量及物質不平衡帶來的計算偏差。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種基于時變增益模型的水、能、碳耦合數值模擬方法，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；所述光合作用/氣孔導度耦合模型為：