[發明專利]一種考慮能量存儲的地表熱通量和土壤濕度估算方法

在審

• 申請號: 202110388369.4
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113109893A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 曹幫軍;李彥霖;趙勇;楊顯玉;袁亮
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: G01W1/10
• 分類號: G01W1/10;G06F17/10
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 代維凡

1.一種考慮能量存儲的地表熱通量和土壤濕度估算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、基于MO相似理論建立近地層風速、濕度和溫度隨高度變化的相似模型，得到風速、氣溫和濕度數據；

S2、根據裸土直接蒸發量和植被蒸騰量計算考慮不同土壤性質對蒸發影響的陸面蒸發量；

S3、利用步驟S1得到的風速、氣溫和濕度數據和步驟S2計算的陸面蒸發量融合地表能量平衡方程，建立地表熱通量和土壤濕度估算目標泛函數；

S4、采用擬牛頓算法對步驟S3建立的地表熱通量和土壤濕度估算目標泛函數進行迭代求解，得到估算的地表熱通量和土壤濕度。

2.根據權利要求1所述的考慮能量存儲的地表熱通量和土壤濕度估算方法，其特征在于，所述步驟S1中建立的相似模型具體表示為：

其中，z為離地表高度，i為層數，u_i，θ_i，q_i分別為各層相似模型計算的風速，位溫和相對濕度，u_*為摩擦速度，θ_*和q_*分別為溫度和濕度尺度，θ_s和q_s分別為地面輻射位溫和比濕，z_0m、z_0h和z_0q分別為表征地表風速、溫度和濕度的粗糙度，L為莫寧-奧布霍夫長度，k為馮卡門數，ψ_m、ψ_h、ψ_q分別為水平風速、溫度和濕度的相似函數。

3.根據權利要求2所述的考慮能量存儲的地表熱通量和土壤濕度估算方法，其特征在于，所述步驟S2中裸土直接蒸發量的計算公式具體表示為：

其中，ρ為空氣密度，q_sat為空氣飽和相對濕度，T_sk為地面輻射溫度，p_s為觀測的地面氣壓，q_L為觀測的近地層大氣比濕，r_a為空氣動力學阻抗，表示為

式中ψ_m為風速相似函數；

α為土壤濕度指數，表示為

式中w為土壤表層體積含水量，w_cap為土壤的田間持水量。

4.根據權利要求3所述的考慮能量存儲的地表熱通量和土壤濕度估算方法，其特征在于，所述步驟S2中植被蒸騰量的計算公式具體表示為：

其中，r_c為植被冠層阻抗，表示為

式中r_smin為單位葉面最小氣孔阻抗，L_f為葉面指數，PAR＝0.55R_s，R_s為觀測的凈短波輻射，為根區平均含水量，應力函數f₁，f₂分別表示為

式中w_pwp為土壤的凋萎含水量，a₁＝0.19，a₂＝1128Wm^-2，a₃＝30.8Wm^-2。

5.根據權利要求4所述的考慮能量存儲的地表熱通量和土壤濕度估算方法，其特征在于，所述步驟S2中考慮不同土壤性質對蒸發影響的陸面蒸發量的計算公式具體表示為：

λE_evp＝c_vλE_v+(1-c_v)λE_g

其中，λE_evp為總蒸發量，c_v為植被占土地面積的百分比，λE_v為植被蒸騰蒸發量，λE_g為裸土蒸發量。