[發明專利]一種基于植被冠層時變特征的SWAT模型優化方法

有效

• 申請號: 202210365650.0
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114707412B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 劉鐵剛;郝偉罡;劉超;金中武
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06V20/13;G06V20/10;G06V10/764
• 代理公司: 成都玖和知識產權代理事務所(普通合伙) 51238
• 代理人: 胡琳梅

本發明提供了一種基于植被冠層時變特征的SWAT模型優化方法，包括步驟：獲取目標區域逐年的MODIS?LAI數據和遙感數據；將MODIS?LAI數據進行時間和空間分辨率的轉換，并根據目標區域的實測樣地LAI數據進行校正，獲得目標區域校正MODIS?LAI數據；用目標區域校正MODIS?LAI數據代替SWAT模型中的LAI模擬計算模塊，作為模型的輸入；利用所述目標區域校正MODIS?LAI數據提取物候期數據，用所述物候期數據代替SWAT模型中的閾值日長定義休眠期模式，作為模型的輸入。本發明以植被類型、葉面積指數和物候期為植被冠層特征因子，在SWAT模型的基礎上實現遙感冠層特征因子的多參數動態表達，考慮了植被冠層時變特征，提高模型對植被冠層時變特征的刻畫能力。

技術領域

本發明涉及一種水文和氣候監測領域，尤其涉及一種基于植被冠層時變特征的SWAT模型優化方法。

背景技術

目前，全球氣候變化及人類活動影響日益加劇，水文學逐漸聚焦于變化環境下的水循環變化規律研究。氣候、植被、土壤和地形等下墊面要素對流域水文過程產生影響。土壤和地形可以認為處于“穩態”，而氣候和植被呈現出高度的時間變異性。研究表明，由氣候變化和人類活動引起的大尺度植被變化，已經在很多地區改變了陸地水循環。植被變化下的水文響應是當今水文學研究的熱點問題。

植被變化對水文過程影響的定量分析方法可以分為三類：水文模型法、對比流域實驗法和基于Budyko等理論的分析方法。其中，水文模型不但可對植被變化的水文響應過程進行定性和定量研究，還可以充分考慮參數和變量的變異性，是分析植被變化水文響應的有效手段。模型中與植被有關的生態水文過程有冠層截留、蒸騰蒸發和土壤水分等。植被參數是水文模型中重要的輸入參數，如植被類型、葉面積指數、冠層高度和根系深度等。其中，葉面積指數是水文模型中表征植被冠層結構和生長狀態最重要的指標，通常在水文模型中用來模擬植被變化對冠層截留、蒸騰蒸發、徑流和泥沙等過程的影響。在模型中詳細刻畫植被冠層結構和水文特征的動態變化，對研究植被變化水文響應有重要作用。

SWAT(Soiland?Water?Assessment?Tool)是具有較強物理機制的半分布式水文模型，已廣泛應用于變化環境下的生態水文問題研究。在研究植被變化的水文響應時，主要存在以下幾個關鍵問題。首先，SWAT模型中通過簡化的作物生長模型EPIC(ErosionProductivity?Impact?Calculator)模擬植被LAI，其與遙感數據差異較大。其次，SWAT模型中表征植被物候特征的休眠期設定也存在適應性問題。SWAT模型假設植被生長循環由氣溫和日長控制，導致休眠期與實際情況不符。再次，土地利用變化是個連續過程，但SWAT不能反映不同土地利用或植被類型的時變特征。

目前的研究一般是基于水文模型分析土地利用變化對水文過程的影響。然而，植被變化不僅僅包括土地利用或植被類型的變化，還包括植被的冠層結構特征(如葉面積指數)及物候特征等冠層特征因子的變化。這些因子的變化都會對水文過程及水文參數產生影響，且這三個因子的變化是相互聯系的。因此，如何在水文模型框架內描述植被冠層結構的動態變化，是基于水文模型模擬植被變化水文響應必須要解決的問題。

發明內容

為了解決以上技術問題，本發明提出了一種基于植被冠層時變特征的SWAT模型優化方法，以植被類型、葉面積指數和物候期為植被冠層特征因子，在SWAT模型的框架下實現遙感冠層特征因子的多參數動態表達，構建考慮冠層結構參數時變特征的水文模擬模型。

為了實現以上的發明目的，本申請提供了以下技術方案：

一種基于植被冠層時變特征的SWAT模型優化方法，包括步驟：

步驟S1.獲取目標區域逐年的MODIS?LAI數據和遙感數據；

步驟S2.將所述MODIS?LAI數據進行時間和空間分辨率的轉換，并根據目標區域的實測樣地LAI數據進行校正，獲得目標區域校正MODIS?LAI數據；