一种基于遥感过程模型的植被二氧化碳通量高分辨率模拟方法与流程

本发明属于生态学和遥感领域，具体涉及一种基于遥感过程模型的植被二氧化碳通量高分辨率模拟方法。

背景技术：

1、植被二氧化碳通量的高精度模拟一直是生态学和遥感领域的研究重点，是评估陆地生态系统健康和碳储量的有效途径。集成遥感-过程模型，精确监测不同植被二氧化碳通量的空间分布规律，为构建碳汇可持续管理系统具有重要意义。综合多数据和多过程优势建立准确高效的碳动态量化方法，明晰植被二氧化碳通量时序变化规律，厘清陆地生态系统碳汇能力及潜力，为生态固碳的实现提供科学合理的政策制定途径是十分重要的。

2、净初级生产力（npp）是植被生态系统碳平衡的关键指标，反映了植被固定和转化光合产物的效率。生态系统净生产力（nep）表示大气二氧化碳在生态系统中的净光合产量，是指示碳源或碳汇的重要变量。因此，准确估计npp和nep是量化植被二氧化碳通量的前提与基础。目前，清查法、通量观测法、光能利用率模型和基于过程的模型已被证明是估计植被二氧化碳通量的有效方法。清查法通过长期周期性测定植被生物量、土壤和凋落物碳库来获取生产力观测值。通量观测法基于涡度相关技术，直接测量植被冠层与大气间能量和物质交换通量（于贵瑞和孙晓敏，2017）。光能利用率模型基于光能利用率理论，通过植被冠层对太阳辐射的有效转化率来模拟生产力（sasai et al., 2005）。过程模型基于植被生长关键生理过程，对植被生产力进行机理性模拟（liu et al., 1999）。

3、清查法和通量观测法因其高准确性被广泛应用于模型参数校准和验证。但受限于数据采集的时间、成本和尺度扩展的不确定性，限制了其时空应用范围。光能利用率模型缺乏强大的理论基础，无法揭示生态系统内部机制及其与环境的相互作用，模拟误差在不同植被类型和气候带间差异显著。复杂的物理过程模拟通常需要多种参数驱动，数据难以获取和不确定性影响了过程模型的模拟准确性。为解决这些问题，集成遥感数据的过程模型成为提高空间异质区植被二氧化碳通量模拟的有效技术手段。这种方法结合了遥感数据的空间覆盖和过程模型的物理机制，可以优化模型结构和参数，提高模拟结果的准确性和可信度。因此，集成遥感数据的过程模型在估计不同植被类型的二氧化碳通量方面具有重要的应用前景和潜力。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明提出一种基于遥感过程模型的植被二氧化碳通量高分辨率模拟方法，具体包括以下步骤：

2、步骤1. 遥感过程模型驱动变量的计算；

3、步骤2. 基于遥感过程模型的植被二氧化碳通量模拟。

4、本发明具有以下有益技术效果：

5、数据获取：得益于遥感技术的发展和遥感数据的易获取，本研究获取了高空间分辨率的植被生物物理参数，提供了更准确详细的植被生长特性。为模拟区域尺度的植被二氧化碳模量提供可能。

6、模型变量：高精度每日lai的输入直观地表达了气候条件对植被生长的动态影响，降低了模型对分辨率相对较粗的气候数据的高度依赖性；与lai具有一致时间动态和空间分辨率的lswi，能够反映当前时间点植被水分状态的变化，有效提高水分胁迫因子的预测准确性。这一改进有助于在不同区域对多种植被类型进行二氧化碳通量模拟。

7、模型性能：一方面，高分辨率遥感数据能减轻混合像元效应，更好地捕捉地物的细节信息；另一方面，过程模型具有较强的机理性和通用性。因此，遥感过程模型的构建扩展了模型的应用范围和通用性，可变分辨率变量的输入有助于实现“自上而下”（即区域到站点）的多尺度植被二氧化碳通量模拟。

8、模拟精度：本研究模拟的npp（beps_npp_30m）与现有的高质量npp基准图均表现出相似的时间趋势和统计学上显著的相关性（r值变化范围为0.74-0.86，nrmse均低于18.5%）。与通量站实测数据相比，本研究模拟的nep（beps_nep_30m）表现最优，具有最高的r值和最低的rmse值。上述结果证明本研究的遥感过程模型（beps_30m）没有显著的系统误差，能准确反演高精度的植被二氧化碳通量。

技术特征：

1.一种基于遥感过程模型的植被二氧化碳通量高分辨率模拟方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，驱动变量包括计算叶面积指数lai和地表水分指数lswi；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2中，

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2中，具体的模拟方法如下：

技术总结
本发明公开了一种基于遥感过程模型的植被二氧化碳通量高分辨率模拟方法，具体包括以下步骤：步骤1.遥感过程模型驱动变量的计算；步骤2.基于遥感过程模型的植被二氧化碳通量模拟。本发明具有数据获取方便，模型变量准确全面，能够更好地捕捉地物的细节信息，具有较强的机理性和通用性，模拟精度高等优点。

技术研发人员：张佳华,徐睿泽,白林燕,姚凤梅,余翔
受保护的技术使用者：海南空天信息研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23