[發(fā)明專利]一種考慮能量存儲(chǔ)的地表熱通量和土壤濕度估算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110388369.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN113109893A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹幫軍;李彥霖;趙勇;楊顯玉;袁亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01W1/10
• 分類號(hào): G01W1/10;G06F17/10
• 代理公司: 成都正華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 代維凡

本發(fā)明公開了一種考慮能量存儲(chǔ)的地表熱通量和土壤濕度估算方法，該方法包括基于MO相似理論建立近地層風(fēng)速、濕度和溫度隨高度變化的相似模型；根據(jù)裸土直接蒸發(fā)量和植被蒸騰量計(jì)算考慮不同土壤性質(zhì)對(duì)蒸發(fā)影響的陸面蒸發(fā)量；建立地表熱通量和土壤濕度估算目標(biāo)泛函數(shù)；采用擬牛頓算法對(duì)建立的地表熱通量和土壤濕度估算目標(biāo)泛函數(shù)進(jìn)行迭代求解，得到估算的地表熱通量和土壤濕度。本發(fā)明采用考慮能量存儲(chǔ)的估算地表熱通量和土壤濕度的改進(jìn)變分法，解決了現(xiàn)有變分法估算地表熱通量和土壤濕度精度不高的問(wèn)題，有效地提高了地表熱通量和土壤濕度的估算精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天氣預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種考慮能量存儲(chǔ)的地表熱通量和土壤濕度估算方法。

背景技術(shù)

地表熱通量和土壤濕度是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式下邊界很重要的物理量，對(duì)它們的準(zhǔn)確估算可以提高數(shù)值天氣預(yù)報(bào)精度。變分法是一種非常好的估算地表熱通量和土壤濕度的方法，但沒(méi)有考慮能量存儲(chǔ)對(duì)地表熱通量和土壤濕度的影響，導(dǎo)致現(xiàn)有變分法估算地表熱通量和土壤濕度精度不高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供了一種考慮能量存儲(chǔ)的地表熱通量和土壤濕度估算方法。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種考慮能量存儲(chǔ)的地表熱通量和土壤濕度估算方法，包括以下步驟：

S1、基于MO相似理論建立近地層風(fēng)速、濕度和溫度隨高度變化的相似模型，得到風(fēng)速、氣溫和濕度數(shù)據(jù)；

S2、根據(jù)裸土直接蒸發(fā)量和植被蒸騰量計(jì)算考慮不同土壤性質(zhì)對(duì)蒸發(fā)影響的陸面蒸發(fā)量；

S3、利用步驟S1得到的風(fēng)速、氣溫和濕度數(shù)據(jù)和步驟S2計(jì)算的陸面蒸發(fā)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(biāo)泛函數(shù)；

S4、采用擬牛頓算法對(duì)步驟S3建立的地表熱通量和土壤濕度估算目標(biāo)泛函數(shù)進(jìn)行迭代求解，得到估算的地表熱通量和土壤濕度。

進(jìn)一步地，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(shù)，u_i，θ_i，q_i分別為各層相似模型計(jì)算的風(fēng)速，位溫和相對(duì)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(fēng)速、溫度和濕度的粗糙度，L為莫寧-奧布霍夫長(zhǎng)度，k為馮卡門數(shù)，ψ_m、ψ_h、ψ_q分別為水平風(fēng)速、溫度和濕度的相似函數(shù)。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中裸土直接蒸發(fā)量的計(jì)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(duì)濕度，T_sk為地面輻射溫度，p_s為觀測(cè)的地面氣壓，q_L為觀測(cè)的近地層大氣比濕，r_a為空氣動(dòng)力學(xué)阻抗，表示為

式中ψ_m為風(fēng)速相似函數(shù)；

α為土壤濕度指數(shù)，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。