[发明专利]一种基于光响应分段特征的天尺度初级生产力估测方法

摘要

一种基于光响应分段特征的天尺度初级生产力估测方法，包括：1）计算日出到正午时间段的初级生产力，然后再乘以2即可获得“日”的初级生产力，将日出到正午时间段的初级生产力分为2段，第一段中间时刻t1和第二段中间时刻t2对应的时间长度分别为和2）利用气温和辐射的日变化公式，计算t1和t2时刻对应的瞬时日内瞬时温度和辐射；3）利用光合速率模型，计算t1和t2时刻对应的瞬时光合速率；4）将瞬时光合速率与时间长度相结合，利用分段方法，将瞬时光合速率转换为“日”初级生产力。本发明经过由“瞬时”到“日”的时间尺度转换，该方法不仅能够准确的估算“日”尺度的初级生产力，而且极大的提高了计算效率。

主权项

1.一种基于光响应分段特征的天尺度初级生产力估测方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：1）日照时间分段：将从日出到日落看作遵循正弦对称变化的日照过程，计算日出到正午时间段的初级生产力，即上午段的初级生产力，然后再乘以2即可获得“日”的初级生产力，将日出到正午时间段的初级生产力分为2段：第一段中间时刻t₁和第二段中间时刻t₂分别为：t1=(tset-trise)arcsin(2π)2πtrise---(1)]]>t2=tset-trise4+tset-trise2πarcsin(2π)+trise---(2)]]>第一段时间长度和第二段中间时刻分别为：Dt1=tset-triseπarcsin(2π)---(3)]]>Dt2=tset-trise2-tset-triseπarcsin(2π)---(4)]]>2）t₁和t₂时刻对应的瞬时温度和辐射计算：将t₁和t₂时刻代入利用日平均数据计算瞬时日内瞬时温度和辐射的公式(5)和(6)，获得t₁和t₂时刻对应的温度和辐射瞬时值；Tt=Tmin+(Tmax-Tmin)sin[π(t-trise)tset-trise]---(5)]]>式中T_t是t时刻的瞬时温度，T_max是日最高温度，T_min是日最低温度，t_rise是日出时间t_set是日落时间；Rt=Rnoonsin[π(t-trise)tset-trise]=πRdaily2sin[π(t-trise)tset-trise]---(6)]]>式中R_t是t时刻的瞬时辐射，R_noon是中午时刻的辐射，t_set-t_rise是日长，R_daily是日总辐射；3）瞬时光合速率计算：利用如下公式计算瞬时光合速率：Anet=-2p2-3q9cos(acos(2p3-9pq+27r2(p2-3q)3)3)-p3---(7a)]]>p=eβ+bθ′-aα+eαRdeα---(7b)]]>q=eγ+bγCa-αβ+adθ′+eRdβ+Rdbθ′eα---(7c)]]>r=-αγ+adγCa+eRdγ+RdbγCzeα---(7d)]]>式中β＝C_a(g_bmh_s-2b′-g_b),and θ′＝g_bmh_s-b′；其中，Anet=aCi-adeCi+b-Rd---(8a)]]>式中，a,b,c,和d可以通过式(8a)与式(8b)和(8c)对比获得；Anet,c=VcmaxCi-Γ*Ci+Kc(1+[O2/Ko])-Rd---(8b)]]>和Anet,j=JCi-Γ*4(Ci-2Γ*)-Rd---(8c)]]>式中，A_net,c和A_net，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；V_cmax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；C_i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；K_c和K_o分别表示CO₂和O₂的Michaelis-Menten常量；R_d是白天叶片的暗呼吸量，通过R_d=0.015V_cmax.m是与植被物种有关的经验系数，h_s是叶片表面的大气相对湿度，C_s和C_a是叶片表面的和大气CO₂浓度，b′是叶片暗呼吸引起的经验常数；将t₁和t₂时刻对应的瞬时温度和辐射代入公式(7a)计算t₁和t₂时刻对应的光合速率A_net，1和A_net，2；4）“日”初级生产力的计算：根据光合速率随光强的变化规律，利用如下分段公式(9)，将瞬时光合速率转换为“日”初级生产力，实现由“瞬时”到“日”的初级生产力计算的时间尺度转换；GPPdaily=2×(Anet,1×Dt1+Anet,2×Dt2)---(9)]]>式中的“2”表示将一天的初级生产力分成对称的两段，所以只计算上午段，然后乘以2既可获得全天的初级生产力，式中GPP_daily为“日”初级生产力。