课题基金 / 基金详情

基于热指数多时空尺度的蒸散发模型构建及其应用研究

批准号:
42101053
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘娜
依托单位:
学科分类:
水文学和气候学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘娜

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
许多蒸散发(ET)模型具有高度的尺度依赖性,不同尺度间ET转换方法的构建和检验是蒸散发研究中的难点。BTA是一个简化的机理性蒸腾模型,因缺乏指示土壤水分亏缺的变量,模型在水分变化幅度大时模拟效果差。基于“叶片冷却效应”原理,通过热遥感数据估算的热指数可被用于指示植被水分状况。本项目旨在将热指数响应函数与BTA模型结合,发展一个适用于不同水分条件和多时空尺度估算蒸散发的BTA-TI模型。拟开展三个主要研究内容:(1)基于热指数构建BTA-TI模型,利用小时尺度和日尺度试验数据评估模型在单木尺度估算蒸腾的性能;(2)在生态系统尺度,探索适合BTA-TI模型估算蒸散发的环境条件并分析不同生态系统蒸散发的敏感性因素;(3)量化BTA-TI模型在区域尺度估算ET的不确定性并探索模型的不确定性源。本项目研究结果对于气候变化背景下,制定有效的农林用水管理策略、量化地表能量和水分收支有重要意义。
英文摘要
Many approaches of evapotranspiration (ET) estimates are highly scale-dependent. The construction and validation of transferable ET models across different spatial and temporal scales have become difficult problems in the field of ET research. There is a simplified process-based transpiration model (hereafter BTA) that fails to simulate transpiration under a wide range of root zone soil water conditions, due to a lake of an index to represent soil water conditions explicitly. The thermal index can represent plant water stress and can be accessed in multi-spatial-temporal scales. This program is aimed to develop a new model (hereafter BTA-TI) to estimate ET under different water conditions and in multi-spatial-temporal scales by combining a thermal index and the BTA model. There are three main research contents: (1) establishing the BTA-TI model based on the thermal index response function and evaluating the performance of BTA-TI in plant water use estimation at tree scale based on field site hourly and daily data; (2) exploring the appropriate environmental conditions of ET estimates with BTA-TI at ecosystem scales and the sensitive factors of ET across different ecosystems; (3) quantifying the uncertainty of ET estimation with BTA-TI in regional scale and exploring the sources of uncertainty of the BTA-TI model. Results of this program will be meaningful for the development of agricultural and forestry water management strategies and the quantification of surface energy and water budgets under climate change.
蒸散发(ET)模型往往具有高度的尺度依赖性,不同时空尺度之间ET转换方法的构建和检验是蒸散发研究中的难点。BTA是一个简化的机理蒸腾模型,因缺乏指示土壤水分亏缺的变量,模型在水分变化幅度大时模拟效果差。本项目基于“叶片冷却效应”,通过热遥感数据估算热指数用于指示植被水分状况,将热指数响应函数与BTA模型结合,发展一个适用于不同水分条件和多时空尺度估算蒸散发的BTA-CWSI模型,并分别在站点尺度、生态系统尺度和流域尺度检验模型对ET的模拟性能。主要研究结果如下:(1)站点尺度上,利用热指数估算土壤含水量和土壤水势,BTA-θ和 BTA-ψ的模拟效果稍逊于使用实测的土壤含水量和土壤水势的效果,但仍然能有效模拟不同水分条件下的植物蒸腾,且模拟效果远胜于BTA模型。同时,构建的BTA-CWSI模型在不同水分条件下的蒸腾模拟效果也表现很好,证明在蒸腾建模时,作物水分胁迫指数(CWSI)作为土壤水分状况指标是有效的;(2)用残差学习法将BTA-ψ和深度学习模型整合,开发基于物理的残差学习(PRL)模型,并通过将混合物理数据(HPD)模型与PRL模型混合,构建了混合物理数据残差学习(HPDRL)模型,提高了对日蒸腾量的模拟效果。HPDRL模型比PRL和纯深度学习模型有更好的泛化能力。尽管两种混合残差学习模型都能比纯深度学习模型更完整地捕捉到实测蒸腾量的极值范围,但在训练样本有限时,HPDRL模型的外推效果优于PRL模型;(3)BTA系列模型在生态系统尺度上对蒸散发模拟,BTA-CWSI模型表现最好(平均NES>0.8),其次是BTA-θ模型。参数k敏感性较低,b、k1和θ1的敏感性较高,BTA和BTA-θ的不确定源分别是模型结构和输入数据;(4)以洞庭湖流域为例,基于实际和潜在ET之比得到的CWSI适用于指示流域尺度的土壤水分状况。对比MOD-ET,BTA-CWSI模型能够有效捕捉月ET的变化趋势,但模型明显高估了流域ET,可能是下垫面异质性导致模型参数化结果的偏差,最终导致模拟结果的高估。本项目的结果对蒸散发建模的不同时空尺度转换研究、量化气候变化背景下的能量平衡和水分收支有重要意义。
亚热带典型红壤区林地SPAC系统水分传输过程及其对水分胁迫的响应机制
  • 批准号:
    2025JJ50183
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    刘娜
  • 依托单位:
基于冠层温度的区域尺度植物蒸腾模型构建及应用
  • 批准号:
    2021JJ40013
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    刘娜
  • 依托单位:
国内基金
海外基金