[发明专利]基于虚拟植物的冠层对光合有效辐射截获能力分析方法

权利要求书

1.一种基于虚拟植物的冠层对光合有效辐射截获能力分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤10：采用虚拟植物建模工具软件建立自然生长形的植物精细三维模型，并对自然生长形的植物精细三维模型进行整型修剪，形成不同冠型的植物精细三维模型；

步骤11：根据生长区地理位置和气候条件，采用相关天文参数计算算法，计算得出不同时刻的太阳高度角、太阳方位角和冠顶辐射强度；

步骤12：分别采用光线跟踪算法和龟壳算法模拟冠层太阳直射PAR空间分布和天空散射PAR空间分布，计算每片叶上总的PAR值，从而得到不同时刻冠层PAR空间分布和整个冠层平均PAR值；

步骤13：结合单叶光合作用模型，计算不同冠层的净光合速率；

步骤14：反复对植物模型进行整型修剪，从日尺度的冠层平均PAR值、PAR空间分布和平均净光合速率三方面分析冠层对PAR的截获能力。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟植物的冠层对光合有效辐射截获能力分析方法，其特征在于：在步骤10中，建立植物精细三维模型包括以下步骤：

步骤101：输入待分析冠层特征参数、枝干系统拓扑结构信息和叶几何信息；

步骤102：根据所述叶几何信息，采用NURBS参数曲面进行拟合或采用3ds MAX软件建立叶精细三维模型；

步骤103：根据所述冠层特征参数和枝干系统拓扑结构信息，采用ParaTree单树建模工具软件，建立枝干系统三维模型，并把叶精细三维模型按一定的角度和分布密度挂接到枝干系统上，形成自然生长形的植物精细三维模型；

步骤104：采用ParaTree单树建模工具软件，对自然生长形的植物精细三维模型进行枝段、枝条或冠层综合修剪，形成不同冠型的植物精细三维模型。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟植物的冠层对光合有效辐射截获能力分析方法，其特征在于：所述冠层特征参数、枝干系统拓扑结构信息和叶几何信息包括全局参数、主干参数、枝条参数和叶片参数，所述全局参数包括树高和冠幅，所述主干参数包括基径、长度、半径变化、枝条分布，所述枝条参数包括分支级数、半径、半径变化、长度、分支角度，所述叶片参数包括叶大小、形状、位角、倾角和分布密度。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟植物的冠层对光合有效辐射截获能力分析方法，其特征在于：在步骤11中，计算冠顶辐射强度包括以下步骤：

步骤111：根据生长区地理位置，采用太阳天文参数计算公式得出太阳几何参数，即太阳高度角和太阳方位角；

步骤112：根据太阳几何参数、生长区气候条件和地形条件，采用太阳光能在大气层顶和大气层中的计算公式，计算冠顶太阳直射辐射强度和天空散射辐射强度；

步骤113：求出冠顶太阳直射PAR和天空散射PAR。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟植物的冠层对光合有效辐射截获能力分析方法，其特征在于：在步骤12中，计算冠层光合有效辐射强度包括以下步骤：

步骤121：以所述植物精细三维模型和冠顶太阳直射PAR为基础，采用光线跟踪算法模拟冠层太阳直射PAR空间分布，估算每片叶截获太阳直射PAR值；

步骤122：以所述植物精细三维模型和冠顶天空散射PAR为基础，采用龟壳算法模拟冠层天空散射PAR空间分布，估算每片叶截获天空散射PAR值；

步骤123：将每片叶截获太阳直射PAR值和每片叶截获天空散射PAR值相加，得到每片叶上总的PAR值；

步骤124：计算并分析得到不同时刻冠层PAR空间分布和整个冠层平均PAR值。

6.根据权利要求1所述的基于虚拟植物的冠层对光合有效辐射截获能力分析方法，其特征在于：在步骤13中，计算冠层净光合速率包括以下步骤：

步骤131：根据每片叶上总的PAR值，采用单叶光合作用模型计算每片叶总光合速率；

步骤132：对冠层每片叶总光合速率进行累加，得到整个冠层光合速率；

步骤133：所述冠层光合速率减去呼吸消耗的差数，得到冠层净光合速率。