[发明专利]一种估算时空连续地表水热通量的数据同化方法

说明书

本发明提出了一种估算时空连续地表水热通量的数据同化方法，方法主要包括以下步骤：S1：建立双源地表能量平衡模型；S2：建立植被动态模型，根据植被动态模型来得到植被的动态变化；S3：根据步骤S2建立的植被动态模型和比叶面积建立关系，得到LAI的动态模型；S4：将步骤S1建立的双源地表能量平衡模型和S2建立的植被动态模型耦合；S5：基于S4耦合的双源地表能量平衡模型和植被动态模型实现数据同化框架的构建；S6：根据S5构建的数据同化框架进行地表水热通量的估算。本发明对模型状态变量进行优化，降低了传统模型由于观测数据缺失或模型参数所带来的误差，从而提高模型的模拟精度和预报精度。

技术领域

本发明涉及数据同化领域和地表水热技术领域，特别是涉及一种估算时空连续地表水热通量的数据同化方法。

背景技术

地表与大气之间的物质和能量的交换对地球天气系统的变化、生态水文循环以及物质迁移过程起着十分重要的作用。其中，地表水热通量(感热通量和潜热通量)作为地表能量转换和物质传输过程中十分重要的组成部分，在一定程度上决定着天气的变化进而影响环境的演变。实现对地表水热通量精确的模拟和预测，在研究气候变化、水资源的管理和利用以及农业发展中都具有十分重要的意义。

目前，地表水热通量可以通过地面观测、遥感估算、模式模拟以及数据同化等手段来获取。其中，常用的地表水热通量观测方法有蒸渗仪(lysimeter)、波文比-能量平衡系统(Bowen Ratio Energy Balance system,BREB)、空气动力学方法(Air dynamic method)、涡动相关仪(Eddy Covariance system,EC)以及大孔径闪烁仪(Large ApertureScintillometer,LAS)等。站点观测虽然可以获得精确的观测数据，但是其空间代表性和时间代表性十分有限，难以获得长期的，大尺度的观测。从区域应用的角度来说，遥感估算方法可以提供大尺度的地表水热通量产品，是当前地表水热通量研究的重要方向。其中，遥感模型借助遥感反演的关键变量(如植被覆盖指数(NDVI)、地表温度(LST)、光合有效辐射吸收比率(FPAR)以及叶面积指数(LAI)等)来对地表水热通量瞬时值或日尺度均值进行模拟。然而，遥感估算地表水热通量的一个主要缺点就是估算结果容易受到遥感数据缺失的影响，而且遥感数据估算的地表水热通量多为瞬时值，由瞬时推算到日的过程中会遇到很多的问题并带来较大的不确定性。

然而，目前的数据同化方法大多针对单一的模型状态变量而构建，并没有充分利用多源遥感数据。此外，目前大多采用序贯同化方法构建数据同化方法，能够获得“最优”估计结果的变分数据同化方法并没有得到广泛采用。因此，如何利用耦合模型和变分数据同化方法，提出一套稳健的变分数据同化方法，充分利用多源观测数据，这对准确的估算地表水热通量时空动态变化具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种数据同化方法及其应用、计算机可读存储介质，主要解决了现有技术中的数据同化方法针对单一模型状态变量构建导致观测数据缺失或者误差较大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种估算时空连续地表水热通量的数据同化方法，包括以下步骤：

S1：建立双源地表能量平衡模型；

S2：建立植被动态模型，根据植被动态模型来得到植被的动态变化；

S3：根据步骤S2建立的植被动态模型和比叶面积建立关系，得到LAI的动态模型；

S4：将步骤S1建立的双源地表能量平衡模型和S2建立的植被动态模型耦合；

S5：基于S4耦合的双源地表能量平衡模型和植被动态模型实现数据同化框架的构建；

S6：根据S5构建的数据同化框架进行地表水热通量的估算。