[發(fā)明專利]一種生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)碳通量排放規(guī)律的監(jiān)測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110182813.7
• 申請(qǐng)日: 2021-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN113158545A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈良權(quán);高璐;張潔;袁俊;唐琦哲;祁亨年;吳曉平;張初
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖州師范學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06F17/18;G01N33/00
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34125
• 代理人: 郭華俊

本發(fā)明公開了一種生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)碳通量排放規(guī)律的監(jiān)測(cè)方法，獲取生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)不同高度的二氧化碳濃度的初始值；通過BLS算法獲得不同高度的二氧化碳濃度的修正值；通過ART算法得到不同高度的二氧化碳濃度場(chǎng)的精確值；根據(jù)不同高度的二氧化碳濃度場(chǎng)的精確值，通過Fick算法計(jì)算出生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)碳通量；獲取生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境因子參數(shù)，將所述環(huán)境因子與碳通量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，構(gòu)建ELM模型，得到生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)碳通量排放規(guī)律。本發(fā)明的生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)碳通量排放規(guī)律的監(jiān)測(cè)方法，具有時(shí)空分辨率高、測(cè)量速度快，穩(wěn)定性強(qiáng)、可以對(duì)稻田碳通量進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)分析等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳循環(huán)研究領(lǐng)域，具體涉及一種生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)碳通量排放規(guī)律的監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)

碳通量(Carbon flux)是碳循環(huán)研究中一個(gè)最基本的概念，表述生態(tài)系統(tǒng)通過某一生態(tài)斷面的碳元素的總量。碳通量估算是全球變化背景下研究碳循環(huán)和碳收支的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)碳通量測(cè)量主要存在以下四種方法：靜態(tài)氣箱法、模型法、微氣象法和動(dòng)態(tài)氣箱法。隨著碳通量研究的進(jìn)一步發(fā)展和深化，眾多學(xué)者基于傳統(tǒng)碳通量測(cè)量方法提出了很多改進(jìn)方案，并在此基礎(chǔ)之上研究稻作環(huán)節(jié)(插秧、施肥、灌排水、收成)和不同環(huán)境因子(溫度、濕度、光照、降水量等)對(duì)稻田碳通量的影響。

目前稻田碳通量測(cè)量手段和估算方法主要存在以下3個(gè)問題。

1、僅研究孤立的環(huán)境因子對(duì)稻田碳通量的影響，稻田碳通量排放規(guī)律不確定性大。例如，陸龍驊等對(duì)常熟地區(qū)水稻插秧、拔節(jié)、抽穗等不同生長(zhǎng)期近地層二氧化碳和感熱、潛熱、動(dòng)量等湍流通量特征及變化規(guī)律進(jìn)行了初步研究；李琪等對(duì)安徽省壽縣冬小麥/水稻生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了碳通量的監(jiān)測(cè)，并在數(shù)據(jù)校正、剔除和插補(bǔ)的基礎(chǔ)上，研究生長(zhǎng)季農(nóng)田凈生態(tài)系統(tǒng)碳交換(NEE)的變化特征。

2、估算區(qū)域碳通量的采樣策略主要是運(yùn)用簡(jiǎn)單隨機(jī)采樣、均勻采樣、分區(qū)采樣及混合采樣等方法，未考慮稻田土壤空間異質(zhì)性，利用個(gè)別隨機(jī)點(diǎn)碳通量代表整個(gè)區(qū)域的碳通量。例如，劉源月等在研究亞熱帶典型森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳通量過程中，采用簡(jiǎn)單隨機(jī)采樣的方法，僅將測(cè)量所得數(shù)據(jù)的均值作為區(qū)域的土壤碳通量。這些方法均假設(shè)采樣區(qū)域的土壤特征狀態(tài)空間變異是隨機(jī)的，忽略了不同尺度上土壤特征的空間相關(guān)性，往往難以避免采樣區(qū)域局部樣點(diǎn)冗余和局部樣點(diǎn)密度無法滿足精度要求的情況。然而由于稻田土壤呼吸是個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過程，且具有明顯的空間異質(zhì)性，較少的采樣點(diǎn)難以代表整個(gè)區(qū)域的稻田碳通量，對(duì)區(qū)域稻田通量的估算有很大誤差。較大的采樣點(diǎn)數(shù)量能夠提高估計(jì)精度，但是一般情況下受人力、物力和時(shí)間的限制在稻田土壤呼吸的測(cè)量過程中選取的測(cè)量點(diǎn)是很有限的。

設(shè)備和測(cè)量手段的局限性導(dǎo)致基礎(chǔ)數(shù)據(jù)稀少，數(shù)據(jù)不確定性大。王冠依等設(shè)定采樣周期為30分鐘，采樣速率低，無法保證在天氣變化時(shí)及時(shí)采樣。劉笑吟等利用測(cè)量平均值作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不確定性大。陳強(qiáng)等人利用美國(guó)北卡羅來納州布萊克伍德區(qū)杜克森林和美國(guó)肯德爾草原的碳通量觀測(cè)塔，由于設(shè)備故障原因，丟失了大量數(shù)據(jù)，僅保留約10000條完整的有效數(shù)據(jù)。

3、缺乏長(zhǎng)時(shí)間、高時(shí)空分辨率、高精度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。目前國(guó)際上對(duì)碳通量測(cè)量基本上都采用歐美的LI-8100系列的檢測(cè)儀，其實(shí)際測(cè)量精度一般在50個(gè)ppm以上,且該類儀器監(jiān)測(cè)理論是根據(jù)測(cè)量氣室內(nèi)CO₂濃度增加率進(jìn)行計(jì)算土壤碳排放量，在監(jiān)測(cè)期間內(nèi)氣室中的CO₂濃度會(huì)逐漸提高，從而抑制生態(tài)系統(tǒng)CO₂的排放，使得測(cè)量結(jié)果有偏差；除此之外該類儀器在下雨天不能監(jiān)測(cè)，因?yàn)橄掠晏飙h(huán)境惡劣，會(huì)影響監(jiān)測(cè)儀的密封性，導(dǎo)致儀器無法正常工作。而且，該儀器價(jià)格高昂，無法大量布置。

面對(duì)目前稻田碳通量測(cè)量中存在的諸多問題，本發(fā)明旨在提出一種基于高時(shí)空分辨率CO₂濃度場(chǎng)的生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)碳通量排放規(guī)律的監(jiān)測(cè)方法，從而合理評(píng)估和預(yù)測(cè)稻田碳通量。

發(fā)明內(nèi)容