一种草地覆盖区域的蒸散发智能模拟方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及生态水文模拟估算方法技术领域，特别是指一种草地覆盖区域的蒸散发智能模拟方法和装置。方法包括：基于双源蒸散发模型分别模拟草地覆盖区域蒸发和蒸腾量；利用胁迫函数刻画根系层不同深度土壤水分对蒸散发的影响，并对蒸发和蒸腾量进行修正；对比分析根系层不同深度土壤水分对蒸发和蒸腾修正效果，确定基于根系层土壤水分的蒸散发修正函数。采用本发明专利技术，量化了根系层不同深度土壤水分对蒸腾和蒸发过程的胁迫作用，提出了草地覆盖区域根系层土壤水分胁迫修正下的蒸散发优化模拟方法，开创了根系层土壤水分运动在蒸散发过程模拟中概化。模拟中概化。模拟中概化。

【技术实现步骤摘要】
一种草地覆盖区域的蒸散发智能模拟方法和装置


[0001]本专利技术涉及生态水文模拟估算方法
，特别是指一种草地覆盖区域的蒸散发智能模拟方法和装置

技术介绍

[0002]蒸散发包括土壤蒸发和植被蒸腾两个过程，是干旱半干旱区最重要的生态水文过程，蒸散发耗水占降水总量的80％以上，蒸腾/蒸散发比约为0.6，蒸散发准确估算是生态水文过程模拟、生态需水保障、水资源优化配置的基础。现有的蒸散发模拟估算模型已由最初仅考虑气候驱动的“水桶”模型发展至将蒸发和蒸腾分开考虑的“双源”模型。气孔导度行为和土壤水分变化是蒸散发模拟中最重要的影响因素，气孔导度行为及其对蒸散发的影响已有不同的机理模型对其进行刻画，然而关于土壤水分尤其是根系层土壤水分的影响研究仍处于探索阶段。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的是提供一种草地覆盖区域的蒸散发智能模拟方法和装置，以便研究根系层土壤水分对蒸散发的影响。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供一种草地覆盖区域的蒸散发智能模拟方法，包括：
[0005]基于双源蒸散发模型分别模拟草地覆盖区域蒸发和蒸腾量；
[0006]利用胁迫函数刻画根系层不同深度土壤水分对蒸散发的影响，并对蒸发和蒸腾量进行修正；
[0007]对比分析根系层不同深度土壤水分对蒸发和蒸腾修正效果，确定基于根系层土壤水分的蒸散发修正函数。
[0008]可选地，所述利用胁迫函数刻画根系层不同深度土壤水分对蒸散发的影响，并对蒸发和蒸腾量进行修正具体包括：
[0009]针对选择不同的深度土壤水分含量进行计算：
[0010][0011]其中，f
(d
‑
θ)
为土壤深度d时土壤水分含量θ水平时对植被的胁迫指数，取值在0
‑
1之间，当取值为1时，表示根区土壤水分状况良好，植被蒸腾作用不受水分胁迫；当取值为0时，表示植被已在萎蔫水分限以下，植被蒸腾作用受水分限制已经停止；θ
w
和θ
c
分别是植物萎蔫点(cm3/cm3)和田间持水量(cm3/cm3)，当水分在θ
w
和θ
c
范围内时，蒸腾作用与不同深度的土壤水分含量呈线性关系；田间持水量为土壤所能稳定保持的最大土壤含水量，以95％的百分位值为田间持水量值，即θ
c
取值为0.368cm3/cm3；植被萎蔫含水量θ
w
取值为0.03cm3/cm3；
[0012]利用根系层不同深度土壤水分胁迫指数修正蒸发和蒸腾量，计算方法如公式16至公式17：
[0013]PMc
_dθi
＝PMc*f
(di
‑
θ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式16
[0014]PMs
_dθj
＝PMs*f
(dj
‑
θ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式17
[0015]式中，PMc和PMs分别为双源模型中的植被冠层蒸腾和土壤蒸发，PMc
_dθi
和PMs
_dθj
分别为i深度和j深度土壤水分胁迫修正后的冠层蒸腾和土壤蒸发，f
(di
‑
θ)
和f
(dj
‑
θ)
为i深度和j深度土壤水分胁迫指数。
[0016]可选地，所述对比分析根系层不同深度土壤水分对蒸发和蒸腾修正效果，确定基于根系层土壤水分的蒸散发修正函数具体包括：
[0017]对比不同深度土壤水分胁迫修正后的蒸发估算效果，从而确定蒸发的最适修正深度为地下0
‑
5cm深度；
[0018]对比不同深度土壤水分胁迫修正后的蒸腾估算效果，从而确定蒸腾的最适修正深度为根系集中分布的10
‑
20cm深度；
[0019]加和最适修正深度修正后的蒸发和蒸腾，得到总最适修正后的蒸散发量，并对比不同深度组合后的修正效果；
[0020]提出针对草地植被的蒸散发双源模拟优化函数，如公式18所示：
[0021][0022]可选地，在所述基于双源蒸散发模型分别模拟草地覆盖区蒸发和蒸腾量之前，所述方法还包括：根据结构方程模型，明确根系层土壤水分对蒸散发的影响。
[0023]可选地，所述根据结构方程模型，明确根系层土壤水分对蒸散发的影响具体包括：
[0024]确定研究区域和研究时段，获取研究区连续的不同深度土壤水分和蒸散发的实测数据；
[0025]利用获取到的所述实测数据驱动所述结构方程模型，分析结构方程模型模拟结果，明确根系层土壤水分对蒸散发的影响过程及最显著的影响深度为：干旱半干旱草地覆盖区域，随着土壤深度的增加(5cm至20cm)，根系层土壤水分对蒸散发的影响系数递增，说明长期被忽视的根系层土壤水分对蒸散发有重要影响作用。
[0026]本专利技术还提供一种草地覆盖区域的蒸散发智能模拟装置，包括：
[0027]模拟模块，用于基于双源蒸散发模型分别模拟草地覆盖区域蒸发和蒸腾量；
[0028]修正模块，用于利用胁迫函数刻画根系层不同深度土壤水分对蒸散发的影响，并对蒸发和蒸腾量进行修正；
[0029]确定模块，用于对比分析根系层不同深度土壤水分对蒸发和蒸腾修正效果，确定基于根系层土壤水分的蒸散发修正函数。
[0030]可选地，所述修正模块，具体用于：
[0031]针对选择不同的深度土壤水分含量进行计算：
[0032][0033]其中，f
(d
‑
θ)
为土壤深度d时土壤水分含量θ水平时对植被的胁迫指数，取值在0
‑
1之间，当取值为1时，表示根区土壤水分状况良好，植被蒸腾作用不受水分胁迫；当取值为0时，表示植被已在萎蔫水分限以下，植被蒸腾作用受水分限制已经停止；θ
w
和θ
c
分别是植物萎蔫点(cm3/cm3)和田间持水量(cm3/cm3)，当水分在θ
w
和θ
c
范围内时，蒸腾作用与不同深度的土
壤水分含量呈线性关系；田间持水量为土壤所能稳定保持的最大土壤含水量，以95％的百分位值为田间持水量值，即θ
c
取值为0.368cm3/cm3；植被萎蔫含水量θ
w
取值为0.03cm3/cm3；
[0034]利用根系层不同深度土壤水分胁迫指数修正蒸发和蒸腾量，计算方法如公式16至公式17：
[0035]PMc
_dθi
＝PMc*f
(di
‑
θ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式16
[0036]PMs
_dθj
＝PMs*f
(dj
‑
θ)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种草地覆盖区域的蒸散发智能模拟方法，其特征在于，包括：基于双源蒸散发模型分别模拟草地覆盖区域蒸发和蒸腾量；利用胁迫函数刻画根系层不同深度土壤水分对蒸散发的影响，并对蒸发和蒸腾量进行修正；对比分析根系层不同深度土壤水分对蒸发和蒸腾修正效果，确定基于根系层土壤水分的蒸散发修正函数。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用胁迫函数刻画根系层不同深度土壤水分对蒸散发的影响，并对蒸发和蒸腾量进行修正具体包括：针对选择不同的深度土壤水分含量进行计算：其中，f
(d
‑
θ)
为土壤深度d时土壤水分含量θ水平时对植被的胁迫指数，取值在0
‑
1之间，当取值为1时，表示根区土壤水分状况良好，植被蒸腾作用不受水分胁迫；当取值为0时，表示植被已在萎蔫水分限以下，植被蒸腾作用受水分限制已经停止；θ
w
和θ
c
分别是植物萎蔫点(cm3/cm3)和田间持水量(cm3/cm3)，当水分在θ
w
和θ
c
范围内时，蒸腾作用与不同深度的土壤水分含量呈线性关系；田间持水量为土壤所能稳定保持的最大土壤含水量，以95％的百分位值为田间持水量值，即θ
c
取值为0.368cm3/cm3；植被萎蔫含水量θ
w
取值为0.03cm3/cm3；利用根系层不同深度土壤水分胁迫指数修正蒸发和蒸腾量，计算方法如公式16至公式17：PMc
_dθi
＝PMc*f
(di
‑
θ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式16PMs
_dθi
＝PMs*f
(dj
‑
θ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式17式中，PMc和PMs分别为双源模型中的植被冠层蒸腾和土壤蒸发，PMc
_dθi
和PMs
_dθj
分别为i深度和j深度土壤水分胁迫修正后的冠层蒸腾和土壤蒸发，f
(di
‑
θ)
和f
(dj
‑
θ)
为i深度和j深度土壤水分胁迫指数。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对比分析根系层不同深度土壤水分对蒸发和蒸腾修正效果，确定基于根系层土壤水分的蒸散发修正函数具体包括：对比不同深度土壤水分胁迫修正后的蒸发估算效果，从而确定蒸发的最适修正深度为地下0
‑
5cm深度；对比不同深度土壤水分胁迫修正后的蒸腾估算效果，从而确定蒸腾的最适修正深度为根系集中分布的10
‑
20cm深度；加和最适修正深度修正后的蒸发和蒸腾，得到总最适修正后的蒸散发量，并对比不同深度组合后的修正效果；提出针对草地植被的蒸散发双源模拟优化函数，如公式18所示：4.如权利要求1
‑
3任一所述的方法，其特征在于，在所述基于双源蒸散发模型分别模拟草地覆盖区蒸发和蒸腾量之前，所述方法还包括：根据结构方程模型，明确根系层土壤水分对蒸散发的影响。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据结构方程模型，明确根系层土壤水分对蒸散发的影响具体包括：确定研究区域和研究时段，获取研究区连续的不同深度土壤水分和蒸散发的实测数据；利用获取到的所述实测数据驱动所述结构方程模型，分析结构方程模型模拟结果，明确根系层土壤水分对蒸散发的影响过程及最显著的影响深度为：干旱半干旱草地覆盖区域，随着土壤深度的增加(5cm至20cm)，根系层土...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿膺兰，王国强，薛宝林，王运涛，王立波，张自豪，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：