一种基于瞬时光合速率积分的“天”尺度初级生产力的估测方法技术

一种基于瞬时光合速率积分的“天”尺度初级生产力的估测方法，包括：1）瞬时光合速率的计算：通过耦合瞬时光合速率、胞间CO2浓度，气孔导度之间关系的公式，构建三次方程，求算瞬时光合速率；2）瞬时气象数据模拟：用温度和辐射日变化遵循正弦变化的特征，利用正弦函数模拟气象瞬时气象；3）“天”尺度初级生产力积分计算：将模拟的气象数据代入1）中求解的瞬时光合速率，构成以时间为变量的函数，利用梯形或是辛普森公式对时间进行积分，获得“天”尺度的初级生产力。本发明专利技术利用气象数据日变化规律特征，并结合瞬时光合速率计算公式、测量精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全球碳循环参数测量大领域和初级生产力时间尺度转换小领域，特别涉及一种基于瞬时光合速率数值积分的“天”尺度初级生产力估测方法。
技术介绍
初级生产力是陆地生态系统碳平衡的关键因子，也是生态系统碳通量最初来源。生态系统碳通量表现为不同时间尺度特征，包括“瞬时”，“小时”，“天”，“月”和“年”等。虽然对于绝大多数机理模型都是建立在瞬时尺度上的，但由于气象数据大多为“天”尺度的数据，依据气象数据的“天”尺度初级生产力估测数据是平常研究中使用最广泛的，因此建立有“瞬时”尺度到“天”尺度的初级生产力转换十分必要。目前对于“瞬时”到“天”尺度转换的研究中，要么未考虑气象要素的日变化特征，要么未引入光合速率与气孔导度关系机理模型进行计算，计算的“天”尺度的初级生产力容易产生高估或是低估的现象，从而限制了全球碳循环深入、准确的研究。
技术实现思路
为了解决现有“瞬时”到“天”尺度初级生产力估测值的被高估或是低估问题，本专利技术提供一种利用气象数据日变化规律特征，并结合瞬时光合速率计算公式、测量精度高的“瞬时”尺度到“天”尺度初级生产力计算方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是，所述测量方法包括以下步骤I)瞬时光合速率的计算

【技术保护点】
一种基于瞬时光合速率积分的“天”尺度初级生产力的估测方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：1）瞬时光合速率的计算：Anet,c=VcmaxCi-Γ*Ci+Kc(1+[O2/Ko])-Rd---(1a)和Anet,j=JCi-Γ*4(Ci-2Γ*)-Rd---(1b)式中，Anet,c和Anet，j分别表示羧化酶限制下和光限制下光合作用速率，单位为μmol?m?2s?1；Vcmax表示羧化作用率的最大值，单位是μmol?m?2s?1；J表示光合电子传递率，单位是μmol?m?2s?1；Ci和[O2]表示细胞间CO2和氧气浓度；Γ*表示没有暗呼吸时的CO2补偿点；Kc和Ko分别表示CO2和O2的Michaelis?Menten常量；Rd是白天叶片的暗呼吸量，通过Rd=0.015Vcmax，将Anet,c?and?Anet，j写为统一的代数形式如下：Anet=aCi-adeCi+b-Rd---(1c)式中，a,b,c,和d通过与式（1）和（2）对比获得；Anet?and?Ci通过下式描述：Ci=Cs-Anetgs---(2)Cs=Ca-Anetgb---(3)光合速率与气孔导度的关系可以通过下式描述：gs=mAhsCs+b′---(4)式中gs为气孔导度(mol?m?2s?1)，m是与植被物种有关的经验系数，hs是叶片表面的大气相对湿度，Cs是叶片表面的CO2浓度，b′是叶片暗呼吸引起的经验常数；上述公式（1a）~（4）构建了一个光合速率的三次方公式，通过求解这个公式，获得三个根，其中在自然条件下，第三个根对应正确的解，其形式如下：Anet=-2p2-3q9cos(acos(2p3-9pq+27r2(p2-3q)3+4π)3)-p3---(5a)p=eβ+bθ′-aα+eαRdeα---(5b)q=eγ+bγCa-aβ+adθ′+eRdβ+Rdbθ′eα---(5c)r=-aγ+adγCa+eRdγ+RdbγCaeα---(5d)式中β＝Ca(gbmhs?2b′?gb),and?θ′＝gbmhs?b′.在公式(5a)?5(d)中，气象要素辐射、温度、相对湿度是计算瞬时光合速率的最终输入变量；2）基于气象数据日变化特征的瞬时气象数据模拟：模拟辐射和温度的瞬时数据，温度的日变化数据如下Tt=Tmin+(Tmax-Tmin)sin[π(t-trise-a)tset-trise]---(6a)式中Tt是t时刻的瞬时温度，Tmax是日最高温度，Tmin是日最低温度，trise是日出时间tset是日落时间，a是最高温度出现时间与当地正午时间的时滞；对于一天的瞬时辐射，通过下式表示：Rt=Rnoonsin[π(t-trise)tset-trise]=πRdaily2sin[π(t-trise)tset-trise]---(7)式中Rt是t时刻的瞬时辐射，Rnoon是中午时刻的辐射，tset?trise是日长，Rdaily是日总辐射；3）“天”尺度初级生产力积分计算：将式(6a)或(6b)和式(7)与（5a）结合获得唯一变量时间t的函数，然后对时间t进行积分，公式如下：GPPdaily=∫trisetsetAnetdt=∫trisetset(-2p2-3q9cos(acos(2p3-9pq+27r2(p2-3q)3+4π)3-p3)dt---(8)式中p,q,r与(5b)?(5d)中相同，使用数值积分方法获得“天”尺度的初级生产力的数值。FDA00002520167300026.jpg,FDA00002520167300027.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种基于瞬时光合速率积分的“天”尺度初级生产力的估测方法， 其特征在于所述测量方法包括以下步骤 I)瞬时光合速率的计算2.如权利要求1所述的一种基于瞬时光合速率积分的“天”尺度初级生产力的估测方法，其特征在于所述测量方法还包括“天”尺度初级生产力验证 利用通量观测塔观测的C02通量数据计算出“天”的初级生产力，对利用步骤3)得到的结果进行验证。3.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福民，周斌，黄敬峰，徐俊锋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：