[发明专利]固沙植被的生态水文阈值计算方法

摘要

本发明提供了一种固沙植被的生态水文阈值计算方法，通过建立耦合固沙植被盖度和土壤水分的生态水文模型，利用蒙特卡洛方法产生以天为尺度的降水时间序列，量化出干旱半干旱地区固沙植被的生态水文阈值，可以为干旱半干旱地区人工固沙植被生态系统的管理和沙地系统水分平衡的调节提供了科学的计算依据，对生态恢复效益的可持续发展和管理具有积极的意义。

主权项

一种固沙植被的生态水文阈值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将地表划分成固沙植被斑块和空斑块两种类型，其中，固沙植被划分为草本植物、灌木幼苗和成年灌木，所述草本植物、灌木幼苗和成年灌木在植被斑块中没有重叠，所述斑块中植被的动态变化取决于所述斑块上固沙植被的增长率和所述固沙植被斑块上固沙植被的死亡率，所述斑块被固沙植被所占据的比例称为固沙植被的盖度，在以天为尺度的随机降水序列驱动下，通过耦合固沙植被盖度动态和土壤水分动态，建立固沙植被的生态水文阈值模型，表示为：其中，t表示时间，S表示土壤水分，H表示草本植物的盖度，Y表示灌木幼苗的盖度，W表示成年灌木的盖度，dH表示草本植物的死亡率，dY表示灌木幼苗的死亡率，dW表示成年灌木的死亡率，gH(S)表示草本植物的增长率，gW(S)表示成年灌木的增长率，gH(S)H(1‑W‑H)表示草本植物侵占空斑块的比例，dHH表示草本植物由于死亡变为空斑块的比例，gW(S)W表示灌木幼苗侵占空斑块的比例与成年灌木的盖度成正比，(1‑W‑H‑Y)表示灌木幼苗只能在空斑块中的繁殖，gY表示灌木幼苗以增长率g长成成年灌木，其中灌木幼苗的增长率g为常数，gH(S)HY表示灌木幼苗被草本植物所取代的比例，与灌木幼苗和草本植物的盖度成正比，dYY表示灌木幼苗斑块由于死亡变为空斑块的比例，dWW表示成年灌木死亡的比例，n表示土壤的空隙度，R表示以天为尺度的随机降水时间序列，ZR表示植物根际层的有效深度，I(S,R)表示土壤水分的入渗率，E0(S)表示裸地的蒸发量，EW(S)表示植被斑块中成年灌木的蒸发量，EY(S)表示植被斑块中灌木幼苗的蒸发量，EH(S)表示植被斑块中草本植物的蒸发量，L(S)表示土壤水分的渗漏率，步骤2，以天为尺度的降水时间序列产生方法为：根据一个服从均匀分布的年均降水量P序列，利用降水强度α和降水持续时间γ产生不同的连续的以天为尺度的降水时间序列，基于降水强度α和降水持续时间γ，计算降水间隔λ，具体采用下式计算：其中，P表示年均降水量，N表示生长季的长度，α表示降水强度，服从参数为α指数分布，γ表示降水的持续时间，服从参数为γ的泊松分布，λ表示降水间隔，步骤3，利用以天为尺度的降水时间序列，运用固沙植被的生态水文阈值模型计算固沙植被的生态水文阈值。利用不同地区降水强度α和降水持续时间γ的取值范围，产生连续的以天为尺度的降水时间序列驱动模型。通过改变产生随机数种子的初始值，产生不同的随机降水时间序列，以此来消除随机降水序列对模型模拟结果中植被盖度和土壤水分动态的影响。