利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法技术

本发明专利技术属于地面通量观测数据处理技术领域，涉及利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法。本发明专利技术的方法包括：构建所述方法所需要的输入数据集；针对涡动通量观测数据有部分缺失的目标时间段，计算该时间段内未缺失时刻的潜热通量、土壤热通量和净辐射的平均值；基于Priestley－Taylor方程，根据上述平均值，求出对应时间段未缺失时刻的平均ALPHA值；基于ALPHA保持恒定的特征，将平均ALPHA值作为数据缺失时刻的ALPHA值，根据上述方程和地表能量平衡方程，对地面涡动通量观测数据缺失时刻的通量进行插补。对于快速准确的利用遥感手段进行潜热通量和显热通量的估算和验证研究具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法
本专利技术属于地面通量观测数据处理
，具体而言，涉及一种利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法。
技术介绍
基于涡动相关技术的通量观测研究是目前最为直接的一种定量测定地表能量平衡和能量通量的技术。通量观测数据是区域和全球尺度上地表能量平衡和水循环研究过程中极为重要的实测数据。但是，由于通量观测技术和环境条件的限制，在通量观测数据发布之前，必须对站点测得的通量观测数据进行一系列的处理，来进行数据质量的控制，包括WPL校正、坐标轴旋转和异常值剔除等一系列过程。同时由于天气原因、仪器故障、系统故障等外界干扰以及由上述数据质量控制过程造成了地面通量观测数据的缺失，因此需要对缺失的涡动通量观测数据进行合理的插补。由于缺失数据插补对结果估算的不确定性，使其在通量研究中具有重要的位置。目前，虽然通量界有一些可用的插补方法，但这些方法对各种缺失数据的插补都具有一定的局限性，所以缺失数据的插补在很大程度上要依赖于研究人员的选择。在实际观测中，由于气象原因或者仪器、系统故障，以及数据质量控制等原因导致的地面通量观测数据缺失的现象普遍存在，因此，发展一种可靠的插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法，对于快速准确地获取站点和小区域尺度涡动通量连续变化过程具有重要意义。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法，以克服上述问题或者至少部分地解决上述技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法，所述方法包括以下步骤：S1：构建所述方法所需要的输入数据集；S2：针对涡动通量观测数据有部分缺失的目标时间段，计算该时间段内未缺失时刻的潜热通量、土壤热通量和净辐射的平均值；S3：基于Priestley－Taylor方程，根据潜热通量、土壤热通量和净辐射的平均值，求出对应时间段未缺失时刻的平均ALPHA值；S4：基于ALPHA在目标时间段内保持恒定的特征，将所述的平均ALPHA值作为数据缺失时刻的ALPHA值，根据Priestley－Taylor方程和地表能量平衡方程，对地面涡动通量观测数据缺失时刻的潜热通量和显热通量进行插补。作为进一步优选技术方案，步骤S1中，还包括获取相关数据，对获取的数据进行预处理的步骤；优选地，所述相关数据包括涡动相关及能量平衡通量观测数据和气象观测数据；优选地，所述涡动相关及能量平衡通量观测数据包括潜热通量观测数据、显热通量观测数据、土壤热通量观测数据和净辐射数据；优选地，获取一定时间间隔的涡动相关及能量平衡通量观测数据和气象观测数据；所述一定时间间隔为10～120分钟时间间隔，优选为30～60分钟时间间隔，进一步优选为30分钟时间间隔。作为进一步优选技术方案，步骤S2中，针对涡动通量观测数据有部分缺失的目标时间段，计算该时间段内白天所有未缺失时刻的一定时间间隔潜热通量、土壤热通量和净辐射的有效数据累加值，并分别取平均，得到对应的潜热通量、土壤热通量和净辐射的平均值；优选地，所述目标时间段为半天、一天或几天，优选为一天；优选地，所述一定时间间隔为10～120分钟时间间隔，优选为30～60分钟时间间隔，进一步优选为30分钟时间间隔。作为进一步优选技术方案，白天时段的判定方法为：若某一时刻的入射短波辐射Rs＞5W/m2，则认为是白天时刻，该时刻的数据为当日白天的数据。作为进一步优选技术方案，目标时间段内白天数据所有未缺失时刻的潜热通量、土壤热通量和净辐射的平均值的计算公式分别为：其中，为目标时间段内白天数据所有未缺失时刻的潜热通量的平均值；为目标时间段内白天数据所有未缺失时刻的土壤热通量的平均值；为目标时间段内白天数据所有未缺失时刻的净辐射的平均值；n为目标时间段内白天数据未缺失的有效数据的个数。作为进一步优选技术方案，步骤S3中，平均ALPHA值的计算公式为：其中，为对应时间段未缺失时刻的Priestley－Taylor平均ALPHA系数；为对应时间段未缺失时刻的平均饱和水汽压曲线斜率，单位为kPa/℃；为对应时间段未缺失时刻的平均干湿球常数；和分别为目标时间段内白天数据所有未缺失时刻的潜热通量、土壤热通量和净辐射的平均值。作为进一步优选技术方案，步骤S4包括：S41：根据Priestley－Taylor方程，对地面涡动通量观测数据缺失时刻的潜热通量进行插补；S42：根据地表能量平衡方程，对地面涡动通量观测数据缺失时刻的显热通量进行插补。作为进一步优选技术方案，步骤S41中，涡动通量观测数据缺失时刻的蒸散发LElack的计算公式为：其中，Δlack、γlack、和Glack分别为涡动通量观测数据缺失时刻的饱和水汽压曲线斜率、干湿球常数、净辐射和土壤热通量。作为进一步优选技术方案，步骤S42中，涡动通量观测数据缺失时刻的显热通量Hlack的计算公式为：其中，Glack和LElack、分别为涡动通量观测数据缺失时刻的净辐射、土壤热通量和蒸散发。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种以上所述的利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法在遥感反演地表蒸散发的验证或地表蒸散发升降尺度研究等领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于ALPHA系数不变的假设，通过利用Priestley－Taylor方程和地表能量平衡方程，利用目标时间段数据未缺失时刻的涡动通量观测数据和能量观测数据，插补地面涡动通量观测数据缺失时刻的潜热通量和显热通量，进而实现利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据。本专利技术在插补地面缺失的涡动通量观测数据时，利用了Priestley－Taylor方程的ALPHA系数在目标时间内保持不变的特点，通过计算数据未缺失时刻的平均ALPHA系数，作为通量观测数据缺失时刻的瞬时ALPHA系数，结合通量观测数据缺失时刻的能量观测数据，进行插补得到缺失时刻的涡动通量观测数据。本专利技术能够有效解决由于天气原因、仪器故障或者数据质量控制等原因导致的部分地面涡动通量观测数据缺失的问题，对于快速准确的利用遥感手段进行潜热通量和显热通量的估算和验证研究具有重要意义。本专利技术能够有效地插补地面缺失的涡动通量观测数据，既有明确的理论基础，又具有方法简单、灵活、易于操作，可操作性强，结果可靠性好等特点。具体实施方式下面将结合实施方式和实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。第一方面，在至少一个实施例中提供一种利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法，所述方法包括以下步骤：S1：构建所述方法所需要的输入数据集；S2：针对涡动通量观测数据有部分缺失的目标时间段，计算该时间段内未缺失时刻的潜热通量、土壤热通量和净辐射的平均值；S3：基于Priestley－Taylor方程，根据潜热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：构建所述方法所需要的输入数据集；S2：针对涡动通量观测数据有部分缺失的目标时间段，计算该时间段内未缺失时刻的潜热通量、土壤热通量和净辐射的平均值；S3：基于Priestley－Taylor方程，根据潜热通量、土壤热通量和净辐射的平均值，求出对应时间段未缺失时刻的平均ALPHA值；S4：基于ALPHA在目标时间段内保持恒定的特征，将所述的平均ALPHA值作为数据缺失时刻的ALPHA值，根据Priestley－Taylor方程和地表能量平衡方程，对地面涡动通量观测数据缺失时刻的潜热通量和显热通量进行插补。

【技术特征摘要】
1.一种利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：构建所述方法所需要的输入数据集；S2：针对涡动通量观测数据有部分缺失的目标时间段，计算该时间段内未缺失时刻的潜热通量、土壤热通量和净辐射的平均值；S3：基于Priestley－Taylor方程，根据潜热通量、土壤热通量和净辐射的平均值，求出对应时间段未缺失时刻的平均ALPHA值；S4：基于ALPHA在目标时间段内保持恒定的特征，将所述的平均ALPHA值作为数据缺失时刻的ALPHA值，根据Priestley－Taylor方程和地表能量平衡方程，对地面涡动通量观测数据缺失时刻的潜热通量和显热通量进行插补。2.根据权利要求1所述的利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法，其特征在于，步骤S1中，还包括获取相关数据，对获取的数据进行预处理的步骤；优选地，所述相关数据包括涡动相关及能量平衡通量观测数据和气象观测数据；优选地，所述涡动相关及能量平衡通量观测数据包括潜热通量观测数据、显热通量观测数据、土壤热通量观测数据和净辐射数据；优选地，获取一定时间间隔的涡动相关及能量平衡通量观测数据和气象观测数据；所述一定时间间隔为10～120分钟时间间隔，优选为30～60分钟时间间隔，进一步优选为30分钟时间间隔。3.根据权利要求1所述的利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法，其特征在于，步骤S2中，针对涡动通量观测数据有部分缺失的目标时间段，计算该时间段内白天所有未缺失时刻的一定时间间隔潜热通量、土壤热通量和净辐射的有效数据累加值，并分别取平均，得到对应的潜热通量、土壤热通量和净辐射的平均值；优选地，所述目标时间段为半天、一天或几天，优选为一天；优选地，所述一定时间间隔为10～120分钟时间间隔，优选为30～60分钟时间间隔，进一步优选为30分钟时间间隔。4.根据权利要求3所述的利用ALPHA不变法插补地面缺失的涡动通量观测数据的方法，其特征在于，白天时段的判定方法为：若某一时刻的入射短波辐射Rs＞5W/m2，则认为是白天时刻，该时刻的数据为当日白天的数据。...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐荣林，刘萌，李召良，姜亚珍，王桐，邸苏闯，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11