[发明专利]一种优化模拟陆面蒸散过程的方法

说明书

本发明涉及自然环境模拟技术领域，具体涉及一种优化模拟陆面蒸散过程的方法，在S—W模型的基础上建立一种SWH模型，并以SWH双源蒸散模型为基础，改进模型冠层蒸散模块和土壤水分模块并在全球163个通量站点观测数据的基础上获取模型关键参数的空间化信息，使得改进后模型的模拟效果得到了较为显著的提高，并且改善了蒸散模拟低估的问题，与使用固定参数的原模型模拟效果比较，改进后SWH模型模拟效果得到了较为明显的改善，说明模型关键参数a₁、b₂是模型不确定性的重要来源，R²从0.73提高至0.80，均方根误差(RMSE)从130.23降低至104.31，拟合方程斜率从0.87提高至0.91，在一定程度上改善了SWH模型对于蒸散低估的问题。

技术领域

本发明涉及自然环境模拟技术领域，具体涉及一种优化模拟陆面蒸散过程的方法。

背景技术

蒸散是陆地生态系统最重要的重要过程之一，是水、能量与碳循环的核心，与生态系统生产力密切相关。借助模型和遥感技术是刻画区域尺度蒸散时空格局与变化规律的基本手段。长期以来，蒸散模型得到了长足发展。其中，基于K理论的Penman-Monteith模型(P-M模型)是估算ET的经典方程，在此基础上，研究者进一步提出Shuttleworth—Wallace模型(S—W模型)，从而在模拟蒸散总量的同时又对其组分，即土壤蒸发与植物蒸腾实现了拆分。S-W模型考虑到了生态系统水通量最重要的过程，计算过程相对简单，参数较少，同时取得了较好的模拟效果，因而得到广泛引用。研究表明S-W模型在不同的生态系统估算ET值相对其他模型具有较好的优势，特别是对于ET组分的拆分有很好的效果。例如，赵鹏等人在中国西北地区比较了S—W模型和FAO-56模型对蒸散模拟的差异，认为S—W模型估算蒸散具有较高的精确性。虽然S-W模型在站点尺度上具有较好的模拟效果并得到广泛应用，然而，在区域尺度上，一些关键参数如气孔导度难以获取，通常设为常数，其应用大大受到限制。另一方面，冠层蒸散也是陆面蒸散模拟的重要过程之一尤其在冠层密闭且降水充裕的生态系统，然而目前大部分的陆面蒸散模型在模拟过程中缺乏对冠层蒸散的估算，导致蒸散模拟结果存在较大的不确定性。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足提供一种优化模拟陆面蒸散过程的方法，在S—W模型的基础上建立一种SWH模型，为了提高模型精度降低模型结果不确定性，对陆面蒸散过程进行了优化，加入了冠层蒸发模块，改进了土壤水分模块，并获取了关键参数的空间变化信息，使得改进后模型的模拟效果得到了较为显著的提高，并且改善了蒸散模拟低估的问题，尤其是在青藏高原地区。与大部分陆面蒸散模型相比，改进了关键参数带来的不确定性。

本发明通过以下技术方案实现该目的：

一种优化模拟陆面蒸散过程的方法，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：

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(m³ m^-3),b₁(s m^-1),b₂和b₃(s m^-1)为经验参数,b₁取值为3.5s 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：