生态系统初级生产力估计模型确定方法、估计方法和装置

本申请涉及生态系统碳循环监测，特别是涉及一种生态系统初级生产力估计模型确定方法、估计方法和装置。

背景技术：

1、生态系统碳循环过程包括大气二氧化碳通过光合作用形成总初级生产力（grossprimary productivity，简称gpp）、扣除植物呼吸后形成净初级生产力（net primaryproductivity，简称npp），以及植物残体和根系输入进入土壤后经微生物分解形成土壤有机碳（soil organic carbon，简称soc）库和生态呼吸（ecosystem respiration，简称reco）的过程。准确估算gpp、npp、reco、净生态系统交换量（net ecosystem exchange，简称nee）和soc等生态系统初级生产力数据是评估陆地碳汇、气候变化影响路径的重要基础。

2、相关技术中通过构建生态系统初级生产力估计模型，也称为生态系统碳循环模型，用于估计生态系统初级生产力数据，比如，clm5-mend（community land model version5 - microbial-enyzme decomposition，第五代社区陆地模型与微生物-酶分解）模型用来估计生态系统初级生产力数据。

3、然而使用相关技术中的模型存在估计准确性较差的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高模型估计准确性的生态系统初级生产力估计模型确定方法、生态系统初级生产力估计方法和装置。

2、第一方面，本申请提供了一种生态系统初级生产力估计模型确定方法，包括：

3、获取目标区域在历史时间区间内多组历史观测数据，每组历史观测数据包括历史气象驱动数据、历史植被状态数据和历史初级生产力观测数据；各组历史观测数据与历史时间区间内的各时间步对应；

4、利用多组历史观测数据按照时间顺序对初始的生态系统初级生产力估计模型中的待校准物理参数进行同化处理，得到参数校准后的生态系统初级生产力估计模型；

5、其中，待校准物理参数包括第一敏感度参数和第二敏感度参数，第一敏感度参数用于与目标时间步对应的土壤微生物碳库以及养分调节函数共同确定目标时间步对应的碳利用效率，第二敏感度参数用于与目标时间步对应的土壤微生物碳库以及土壤温度调节函数确定目标时间步对应的最大羧化速率，目标时间步为历史时间区间内的任意一个时间步。

6、第二方面，本申请还提供了一种生态系统初级生产力估计方法，包括：

7、获取待估计区域在待估计时间区间内的气象驱动数据和植被状态数据；

8、将待估计时间区间内的气象驱动数据和植被状态数据输入至生态系统初级生产力估计模型中，得到待估计区域在待估计时间区间内的初级生产力估计数据；

9、其中，生态系统初级生产力估计模型是采用第一方面提供的生态系统初级生产力估计模型确定方法确定的。

10、第三方面，提供一种生态系统初级生产力估计模型确定装置，包括：

11、历史数据获取模块，用于获取目标区域在历史时间区间内多组历史观测数据，每组历史观测数据包括历史气象驱动数据、历史植被状态数据和历史初级生产力观测数据；各组历史观测数据与历史时间区间内的各时间步对应；

12、同化模块，用于利用多组历史观测数据按照时间顺序对初始的生态系统初级生产力估计模型中的待校准物理参数进行同化处理，得到参数校准后的生态系统初级生产力估计模型；

13、其中，待校准物理参数包括第一敏感度参数和第二敏感度参数，第一敏感度参数用于与目标时间步对应的土壤微生物碳库以及养分调节函数共同确定目标时间步对应的碳利用效率，第二敏感度参数用于与目标时间步对应的土壤微生物碳库以及土壤温度调节函数确定目标时间步对应的最大羧化速率，目标时间步为历史时间区间内的任意一个时间步。

14、第四方面，本申请还提供了一种生态系统初级生产力估计装置，包括：

15、估计输入获取模块，用于获取待估计区域在待估计时间区间内的气象驱动数据和植被状态数据；

16、估计处理模块，用于将待估计时间区间内的气象驱动数据和植被状态数据输入至生态系统初级生产力估计模型中，得到待估计区域在待估计时间区间内的初级生产力估计数据；

17、其中，生态系统初级生产力估计模型是采用第三方面提供的生态系统初级生产力估计模型确定装置确定的。

18、上述生态系统初级生产力估计模型确定方法、生态系统初级生产力估计方法和装置，通过获取目标区域在历史时间区间内多组历史观测数据，每组历史观测数据包括历史气象驱动数据、历史植被状态数据和历史初级生产力观测数据；各组历史观测数据与历史时间区间内的各时间步对应；利用多组历史观测数据按照时间顺序对初始的生态系统初级生产力估计模型中的待校准物理参数进行同化处理，得到参数校准后的生态系统初级生产力估计模型；其中，待校准物理参数包括第一敏感度参数和第二敏感度参数，第一敏感度参数用于与目标时间步对应的土壤微生物碳库以及养分调节函数共同确定目标时间步对应的碳利用效率，第二敏感度参数用于与目标时间步对应的土壤微生物碳库以及土壤温度调节函数确定目标时间步对应的最大羧化速率，目标时间步为历史时间区间内的任意一个时间步。这样，碳利用效率和最大羧化速率这两个参数不再是固定的，而是随时间变化，根据当前的土壤微生物碳库确定，使得生态系统初级生产力估计模型能够建立光合参数与土壤碳库的动态耦合机制；将相关光合参数由固定查表值转变为随土壤状态动态调整的参数，避免相关技术中这两种参数通常都是由pft查表获得，在模拟器内保持常数，导致模型无法反映肥沃土壤、贫瘠土壤、施肥扰动、冻融过程和长期土壤碳变化对植物生产力的反馈影响，进而造成初级生产力数据估计偏差的问题；上述实施例提供的方法中生态初级生产力估计模型中，通过第一敏感度参数建立土壤微生物碳库和碳利用效率之间的动态链接机制，通过第二敏感度参数建立最大羧化速率和土壤微生物碳库之间的动态链接机制，使得土壤微生物活性和碳库状态这些土壤状态能够反馈到植物光合能力和碳利用效率中，提高模型的预测准确性。

1.一种生态系统初级生产力估计模型确定方法，其特征在于，所述生态系统初级生产力估计模型确定方法包括：

2.根据权利要求1所述的生态系统初级生产力估计模型确定方法，其特征在于，所述利用所述多组历史观测数据按照时间顺序对初始的生态系统初级生产力估计模型中的待校准物理参数进行同化处理，得到参数校准后的生态系统初级生产力估计模型，包括：

3.根据权利要求2所述的生态系统初级生产力估计模型确定方法，其特征在于，初级生产力数据包括多类变量对应的数据；

4.根据权利要求3所述的生态系统初级生产力估计模型确定方法，其特征在于，所述多类变量包括土壤有机碳库变量，所述土壤有机碳库变量对应的数据包括不同深度的土壤层对应的有机碳库存量；

5.根据权利要求2所述的生态系统初级生产力估计模型确定方法，其特征在于，第一个时间步对应的各粒子按照下述过程确定：

6.一种生态系统初级生产力估计方法，其特征在于，所述生态系统初级生产力估计方法包括：

7.根据权利要求6所述的生态系统初级生产力估计方法，其特征在于，所述待估计区域包括m个待估计网格；所述待估计时间区间包括多个待估计时间步；

8.根据权利要求6所述的生态系统初级生产力估计方法，其特征在于，所述生态系统初级生产力估计模型的数量为多个，各所述生态系统初级生产力估计模型对应的校准后参数基于最后一个时间步对应的各粒子权重从最后一个时间步对应的各粒子中确定；

9.一种生态系统初级生产力估计模型确定装置，其特征在于，所述生态系统初级生产力估计模型确定装置包括：

10.一种生态系统初级生产力估计装置，其特征在于，所述生态系统初级生产力估计装置包括：