[发明专利]一种优化模拟陆面蒸散过程的方法

权利要求书

1.一种优化模拟陆面蒸散过程的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

第一步，构建SWH双源蒸散模型，并对SWH模型的关键参数土壤表面阻抗r_ss和冠层阻抗r_sc进行估算；

1）在现有S-W模型的基础上构建SWH双源蒸散模型；

2）通过引入土壤表面阻抗方程对土壤表面阻抗r_ss进行估算，估算方法为：

（1）

式中：SW和SW_S分别为土壤表层含水量和土壤表层的饱和含水量,b₁,b₂和b₃为经验参数,b₁取值为3.5 s m^-1；

3）通过引入Ball—Berry气孔阻抗模型对冠层阻抗r_sc进行估算，估算方法为：

（2）

式中：g₀、a₁为经验参数，p_n为光合速率,h_s为冠层表面空气相对湿度，c_s为气孔胞间的CO₂浓度；

p_n是估算r_sc的关键驱动因子之一，此处，使用光能利用率模型估算的GPP代替p_n：

（3）

式中：PAR为光合有效辐射，FPAR为植被冠层吸收的PAR占总入射PAR的比例，ε为根据气温、土壤表层含水量、饱和水汽压差标准化后的光能利用率：

（4）

（5）

（6）

式中：ε_max为表观量子效率或最大光能利用率，ƒ(T)和ƒ(VPD)分别为减量调节后温度和饱和水汽压差标量，T_min、T_max和T_opt分别是温度最小值、温度最大值和光合作用最适温度；

4）SWH模型的其他构建过程与参数估算方法与S-W模型一致；

第二步，通过加入冠层蒸发模块对SWH双源蒸散模型进行优化，其中冠层蒸发模块基于Biome-BGC模型进行构建：

（7）

（8） （9）

式中：λ为蒸发潜热；s 是饱和水气压е_sat和气温拟合曲线的斜率；A_c 是A分配给冠层的比例；A为能量余项，是净辐射和土壤通量之差；F_c 为植被覆盖度；F_wet 为水分覆盖率；RH为相对湿度；ρ为空气密度；Pa为大气压；C_p为空气比热容；湿润冠层阻抗rvc为空气动力学阻抗rhrc和冠层表面阻抗之和；ε为大气辐射率；

第三步，通过改进土壤水分模块对SWH双源蒸散模型进行优化，其中土壤水分模块基于Biome-BGC模型进行构建，但是针对其中的饱和含水量、田间持水量和萎焉点根据CLM模型中的公式进行计算，其中：

1）饱和含水量的估算方法为：

（10）

（11）

式中： 为土壤有机碳含量；为有机质孔隙度，设为0.9； 为矿质层土壤孔隙度；sand为土壤沙土含量；

2）田间持水量的估算方法为：

（12）

（13）

（14）

（15）

式中： 为饱和导水率；B为关键参数；；clay为黏土比例；

3）萎焉点的估算方法为：

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（18）

式中：=-150000 mm， 为饱和土壤水势；=-10.3 mm， 为饱和矿质层土壤水势；

第四步，获取SWH双源蒸散模型关键参数的空间化信息：

1）基于FLUXNET 2015 Tier 1数据集，SWH双源蒸散模型的数据来自163个FLUXNET站点的气象数据以及通量观测数据；

2）模型输入数据还包括MOIDS LAI产品、NDVI产品、LUCC产品以及HWSD全球土壤数据集；

3）使用TIMESAT3.0软件对LAI数据进行平滑处理以及缺失值处理；

4）获取SWH双源蒸散模型土壤阻抗关键参数b₂, b₃ 和气孔导度关键参数а₁, g₀ 在163个FLUXNET通量站点的最优参数；

5）根据关键参数的经验范围进行10000次Monte Carlo，选取10个模拟效果最优的参数，取其平均值为该站点的最优参数；

6）建立163个FLUXNET站点最优参数与环境变量之间的经验关系来获取模型关键参数的空间化信息；

发现关键参数a₁与LAI、b₂与clay具有较好的相关性：

（19）

（20）。