[發明專利]耦合地表土壤含水量的區域尺度最大氣孔導度的計算方法

有效

• 申請號: 202110235886.8
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112949182B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 段浩;徐浩瑋;文銘;王镕;賈玲;郝震;曹引;趙紅莉;仇亞琴;蔣云鐘;潘世兵;韓昆;冶運濤;劉海瀅
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/02
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 宋紅賓

本發明公開了一種耦合地表土壤含水量的區域尺度最大氣孔導度的計算方法，包括：篩選地表土壤含水量的影響因子，獲取區域尺度上各影響因子的柵格數據；基于地表土壤墑情監測數據，構建地表土壤含水量神經網絡模擬模型，得到時空連續的地表土壤含水量產品；解析冠層最小氣孔阻力與冠層阻力的關系，并構建冠層阻力與地表阻力的關聯；基于地表阻力的計算，得到冠層阻力和冠層最小氣孔阻力，并利用氣孔阻力與氣孔導度的反比關系，得到區域尺度的最大氣孔導度。本發明實現了耦合地表土壤含水量與蒸散發過程的區域尺度最大氣孔導度計算方法，有助于實現區域尺度上土壤含水量過程與蒸散發過程的動態耦合，強化地表蒸散發的反演機理。

技術領域

本發明涉及水資源遙感監測和生態水文技術領域，特別涉及一種耦合地表土壤含水量的區域尺度最大氣孔導度的計算方法。

背景技術

地表蒸散發是水循環過程的重要組成部分，獲取大時空尺度的蒸散發數據對實現水資源精細化管理有重要意義。PML(Penman-Monteith-Leuning)模型是基于遙感數據進行蒸散發反演的主流方法之一，該模型在Penman-Monteith模型的基礎上引入地表導度，通過建立地表導度與LAI(LeafArea?Index)的關系，實現對地表蒸散發的反演。Leuning等人(Leuning?et?al，2008)的研究表明，土壤蒸發系數(f)和最大氣孔導度(g_sx)是PML模型中最敏感的兩個參數。g_sx主要通過改變冠層導度來影響植被蒸騰，進而影響到地表總蒸散發的模擬精度。傳統的PML模型主要應用于站點尺度的蒸散發模擬，通過優化算法來率定f和g_sx，實現對蒸散發的準確模擬(李紅霞，2011)，但這種方法難以在區域尺度上推廣。因此，建立區域尺度上的g_sx參數化方案，對提高PML模型在區域尺度上的適用性有重要意義。

為實現PML模型在區域尺度上的應用，學者們先后提出了多種區域尺度上g_sx的參數化方案。Zhang等(Zhang?et?al，2017)在利用PML模型進行蒸散發計算時，根據地物類型對g_sx賦常值來實現區域尺度的蒸散發模擬；Yebra(Yebra?et?al，2013)和易永紅(2008)通過建立冠層導度與植被指數的回歸關系來對區域尺度的g_sx進行計算；Zhang等(Zhang?etal，2010)引入Budyko曲線來估計年均蒸發速率，并通過參數率定的方式來得到每個網格的g_sx。上述方法均實現了區域尺度的g_sx參數化，但總體上是通過回歸擬合、參數率定或賦常數等方式得到，對g_sx參數化的機理性相對較弱。

在植被散發過程中，氣孔是控制植被散發的關鍵，g_sx的變化在很大程度上受到土壤含水量的影響(莫興國，1997)。而已有的區域尺度g_sx參數化方案，對g_sx對土壤含水量的響應考慮不足。因此，從土壤水分脅迫對氣孔阻力存在的顯著影響出發，需要構建物理機理明確的區域尺度g_sx計算方法，進一步提高PML模型的科學性和模擬結果的準確性。當前，基于土壤含水量實測數據和神經網絡等方法，可生產時空連續的地表土壤含水量產品(段浩，2021)，但基于遙感監測并實現與土壤含水量動態耦合的g_sx參數化技術尚未解決。

參考文獻

Leuning?R，Zhang?Y?Q，Rajaud?A，et?al.A?simple?surface?conductance?model?to?estimate?regional?evaporation?using?MODIS?leaf?area?index?and?the?Penman-Monteith?equation[J].Water?Resources?Research，2008，44，W10419，doi：10.1029/2007WR006562.