[发明专利]基于时变增益模型的水、能、碳耦合数值模拟方法及系统

说明书

本发明提供一种基于时变增益模型的水、能、碳耦合数值模拟方法及系统，方法包括：S1：接收气象数据及土壤植被下垫面类型数据；S2：初始化预设第一时间段内的平均冠层温度、地表温度，获得冠层及地表的净辐射通量；S3：构建光合作用/气孔导度耦合模型，进行植被动态碳同化模拟；S4：基于双源蒸散发模型获得蒸散发各组分；S5：将蒸散发各组分、截留后降水、第一时间段内土壤含水率输入后的时变增益产流模型，迭代得土壤含水率；S6：获取冠层、土壤潜热通量、冠层、土壤感热通量、土壤热通量，构建能量平衡模型，得到冠层平均温度。本发明能实现一定时段内水量、能量、碳通量的计算平衡，从而消减了能量及物质不平衡带来的计算偏差。

技术领域

本发明涉及水文学与生态学的交叉领域，具体而言，是一种基于时变增益模型的水、能、碳耦合数值模拟方法。

背景技术

研究陆地水循环、地表能量平衡和生态系统碳循环的水、能、碳耦合过程，是准确认识变化环境下陆地生态水文的耦合机制特征，实现流域水、碳资源管理的重要基础，对于流域水资源综合管理、作物高效灌溉、生态系统稳定具有重要作用。

陆地水、能、碳耦合研究常用的方法有基于稳定同位素技术、涡度相关技术、树干液流液流技术的试验观测方法、基于遥感反演产品以及基于生态水文模型的数值模拟。试验观测由于其往往在生态系统通量站个体，在区域尺度往往受到限制；基于遥感反演产品的估算一般范围较大，难以获取长时间连续观测序列；因此基于生态水文模型的模拟方法仍然是研究陆地水、能、碳耦合过程的主要手段。

在现有技术中，一方面传统的水文模型一般注重流域水循环过程，对于生态过程往往描述不足，同时生态模型在水文过程的描述也欠缺，这种忽略植被—水文的相互作用机理的模型描述，导致生态水文的耦合是松散的耦合关系，当这种松散耦合模型用于生态水文要素模拟及特征研究时，将直接导致生态水文水、能、碳模拟的偏差；另外一方面这些模型大多以各自领域为切入点，未充分考虑蒸散发过程联系的水～能～碳的平衡机制，导致由于物质和能量的不平衡而影响计算的准确度。

基于此，仍然需要通过基于物理机制来进一步完善生态水文水量、能量、碳通量耦合模拟的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明针对水、能、碳耦合模拟的难点问题，本发明的目的之一在于提供一种基于时变增益模型的水、能、碳耦合数值模拟方法，该方法能实现一定时段内水量、能量、碳通量的计算平衡，从而消减了能量及物质不平衡带来的计算偏差。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于时变增益模型的水、能、碳耦合数值模拟方法，包括以下步骤：

S1：接收气象数据及土壤植被下垫面类型数据；

S2：初始化预设第一时间段内的平均冠层温度、地表温度，获得冠层及地表的净辐射通量；

S3：同时初始化所述第一时间段内的土壤含水率平均值，根据土壤含水率、光合作用、碳通量的平衡构建光合作用/气孔导度耦合模型，进行植被动态碳同化模拟；所述光合作用/气孔导度耦合模型为：