[发明专利]基于OCO-2数据和WRF-STILT模型反演CO2

权利要求书

1.一种基于OCO-2数据和WRF-STILT模型反演CO2背景场浓度的方法，所述WRF-STILT模型包括WRF模型和STILT模型，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，获取气象数据作为WRF模型的输入，WRF模型通过插值获得研究区附近高时空分辨率的气象场；

步骤2，将步骤1中得到的气象场作为STILT模型的输入，根据OCO-2过境点的时间和位置，基于STILT模型获得每个观测值对应的压力加权的足迹场；

步骤2中生成压力加权的足迹场的实现方法为，

对于某一个OCO-2的观测值，在相应位置上方不同高度层计算对应的足迹，计算得到压力加权函数和平均核，

所述压力加权函数将不同高度的CO2干空气体积混合比转换为柱浓度，如下式，

其中，p_i代表第i层的压强，p_surf代表地表压强，h_i代表第i层的压力加权函数；

基于STILT模型引入压力加权的足迹权重，生成压力加权的足迹场如下，

XCO_2,m＝XCO_2,bg+ΔXCO_2,NEE+ΔXCO_2,ff

ΔCO₂＝footprint×flux

其中，XCO_2,m代表模拟的二氧化碳柱浓度，XCO_2,bg代表二氧化碳背景场浓度，ΔXCO_2,NEE表示由植物引起的二氧化碳柱浓度改变量，ΔXCO_2,ff表示由化石燃料引起的二氧化碳柱浓度改变量，flux代表二氧化碳通量，footprint代表加权后的足迹，ΔCO₂代表根据模型计算的二氧化碳改变量，footprint_i代表第i层的足迹，h_i代表第i层的压力加权函数，ak_i代表第i层的平均核，不同高度层的平均核由原始平均核数值插值得到；

步骤3，获取先验总碳通量，利用贝叶斯估计获得更优的后验总碳通量，根据后验总碳通量和足迹场获取模拟观测值，利用模拟观测值与实际观测值之差符合均值为0的正态分布的条件，反演出CO2背景场浓度；

步骤3中反演CO2背景浓度实现如下，

利用待定系数法求背景场浓度，假设背景场浓度为t，利用贝叶斯估计得到后验总碳通量，再利用后验总碳通量和足迹得到模拟观测值XCO_2,m，模拟观测值XCO_2,m和实际观测值差值符合均值为0的正态分布，

x_p＝x_a+(S_a^-1+K^TS_ε^-1K)^-1K^TS_ε^-1(y-t-Kx_a)

mean(y-t-Kx_p)＝0

其中，x_a表示先验总碳通量，x_p表示后验总碳通量，S_a表示先验总碳通量误差协方差，S_ε表示观测值误差协方差，y为实际观测值，K为通过步骤2求得的足迹；mean()代表求均值，sum(X,2)表示对矩阵X各行求和。

2.根据权利要求1所述的一种基于OCO-2数据和WRF-STILT模型反演CO2背景场浓度的方法，其特征在于：步骤1中在运行WRF模型之前，进行三个预处理操作，包括对地表参数进行插值，从气象数据中提取所需要的气象参数，将气象参数插值到模拟区域。

3.一种基于OCO-2数据和WRF-STILT模型反演CO2背景场浓度的系统，其特征在于：用于实现如权利要求1-2任一项所述的一种基于OCO-2数据和WRF-STILT模型反演CO2背景场浓度的方法。