一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法

本发明涉及陆气耦合，尤其涉及一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法。

背景技术：

1、突发生态损害事件，如森林火灾、草原火灾以及沙尘等，往往在短时间内造成严重的生态破坏与环境影响。为了对这类事件的发生、发展及其生态后果进行预测与评估，需要借助陆气耦合的数值模式进行仿真。现有技术中，通常采用全球气候系统模式对大尺度、长时间的气象背景过程进行模拟，以获取覆盖研究区域的气象背景场，再通过区域中尺度模式对该背景场进行空间降尺度处理，从而在关注区域获得较高空间分辨率的气象驱动场，并在此基础上耦合陆面过程模式、大气化学传输模式以及火灾行为模式等功能模块，对不同类型的突发生态损害事件分别进行仿真计算。这种多模式嵌套与耦合的实现方式，能够在一定程度上兼顾大尺度背景的连续性与区域过程的精细化，已成为开展生态损害事件仿真评估的常见技术途径。

2、然而，在实际应用中，上述现有技术仍存在明显的局限。全球气候系统模式面向长时间尺度的气象过程，其时间分辨率较为粗略，输出的气象背景场在时间维度上被平滑处理。当以此类背景场驱动区域模式时，边界层内快速变化的过程以及短时的阵风脉动信息在时间平滑过程中被削弱甚至抹除。而突发生态损害事件的关键演化过程恰恰发生在较短的时间尺度上，其发生与发展对近地面风场及地表能量、物质的瞬时变化高度敏感。由于起沙过程依赖地表摩擦速度，火灾行为依赖瞬时风速与热量输运，当驱动场中的脉动信息被抹平后，地表摩擦速度与瞬时风速被系统性低估，进而导致对起沙强度与火灾蔓延过程的仿真结果偏低，难以真实反映突发事件的剧烈程度。

3、更为关键的是，当多种突发生态损害事件在同一区域、同一时段并发时，被平滑的驱动场掩盖了不同灾种在细时间尺度上对同一地表能量与物质收支的相互竞争关系。不同灾种在其发生发展过程中，均需要消耗或改变同一地表单元的能量与物质，彼此之间存在相互促进或相互抑制的物理关联。在现有技术中，各灾种模块往往对同一地表单元的能量与物质收支独立进行取用与计算，缺乏对该收支在多灾种之间进行统一约束与协调的机制。这使得同一份地表能量与物质在不同灾种的计算中被重复占用，破坏了系统的能量与质量守恒关系，最终导致多灾种协同仿真的物理一致性下降，其协同评估结果失真，难以为突发生态损害事件的综合评估提供可靠支撑。

4、由此可见，如何在陆气耦合仿真过程中，既避免因时间尺度平滑导致的突发事件强度低估，又克服多灾种并发时对同一地表能量与物质收支的重复占用与守恒破坏，是当前突发生态损害事件协同仿真技术亟需解决的核心技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的同一份地表能量与物质在不同灾种的计算中被重复占用，破坏了系统的能量与质量守恒关系，导致多灾种协同仿真的物理一致性下降的技术问题，本发明实施例提供了一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法。技术方案如下：

2、获取目标区域的气象网格、陆面参数和多源观测火点数据；将气象网格与陆面参数进行陆面能量平衡计算，生成陆面状态数据；对多源观测火点数据进行置信度加权处理，生成加权火点观测数据；基于气象网格和陆面状态数据计算表征目标区域突发生态损害事件触发距离的多灾种触发裕度，并根据加权火点观测数据对多灾种触发裕度进行贝叶斯融合更新；基于更新后的多灾种触发裕度，从气象网格中确定出满足预设触发条件的加密网格集合；对加密网格集合对应的气象网格进行阵风脉动重构处理，得到高分辨率驱动场数据；将高分辨率驱动场数据输入至多灾种耦合模型中，在预设时间窗口内，通过松耦合算子分裂机制对多灾种耦合模型内的各灾种模块进行共享资源账本的守恒分配计算，生成多灾种并发仿真结果。

3、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

4、本发明提供一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法，通过多环节协同实现对突发生态损害事件的高保真协同仿真与评估；该方法先由气象网格与陆面参数经陆面能量平衡计算得到反映下垫面干湿冷热状况的陆面状态数据，进而将气象与地表特征归一化聚合为多灾种触发裕度，以单一无量纲判据刻画事件触发的远近；在此基础上，仅对接近触发的加密网格恢复被时间平滑抹除的阵风脉动，既提升了对起沙与火灾蔓延等瞬时风速敏感过程的仿真保真度，又避免了全域加密的计算负担；最终经松耦合算子分裂机制对多灾种共享资源进行守恒分配，在保证能量与物质守恒的前提下反映灾种间相互促进与抑制关系，从而克服了突发事件强度低估与多灾种协同仿真守恒破坏的问题，提升了协同仿真的物理自洽性与评估可靠性。

5、本发明通过松耦合算子分裂机制对多灾种共享资源账本进行一次性非迭代的比例分配。该特征在预设时间窗口起始时刻统一登记地表可供分配的能量与物质总量，各灾种模块先独立计算需求而不实际占用，再依据灾种交互矩阵按修正后需求归一化分配，并将分配总量硬性约束于可用总量之内。由此，以显式守恒约束替代了传统的迭代求解，在无需对耦合框架内核作侵入式改造且不引入迭代收敛不确定性的前提下，从根本上避免了同一地表资源被多灾种重复占用所致的守恒破坏，同时使分配过程具有确定的计算开销。

6、本发明将卫星观测火点经置信度加权后前置注入触发判识并驱动按需加密。该特征以云污染、辐射功率与时间持续性三项因子连乘抑制虚假火点，再以观测可信程度与历史命中率之积对触发裕度作惩罚折减，使即便气象与陆面条件尚未达阈值、但存在可信火点的网格亦被判定为触发，从而弥补了随机点火过程难以由陆气状态确定性预测的不足；同时，配合双阈值迟滞与松弛计算抑制触发状态抖动，使精细化算力精准聚焦于真实热点网格，兼顾了仿真保真度与运算时效性。

1.一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法，应用于存在火点的目标区域在预设时间窗口内的多灾种并发仿真，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法，其特征在于：所述基于所述气象网格和所述陆面状态数据计算表征目标区域突发生态损害事件触发距离的多灾种触发裕度，包括：

3.如权利要求1所述一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法，其特征在于：所述根据所述加权火点观测数据对所述多灾种触发裕度进行贝叶斯融合更新，包括：

4.如权利要求1所述一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法，其特征在于：所述基于更新后的所述多灾种触发裕度，从所述气象网格中确定出满足预设触发条件的加密网格集合，包括：

5.如权利要求1所述一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法，其特征在于：所述对所述加密网格集合对应的所述气象网格进行阵风脉动重构处理，得到高分辨率驱动场数据，包括：

6.如权利要求1所述一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法，其特征在于：所述对所述多源观测火点数据进行置信度加权处理，生成加权火点观测数据，包括：

7.如权利要求1所述一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法，其特征在于：所述通过松耦合算子分裂机制对所述多灾种耦合模型内的各灾种模块进行共享资源账本的守恒分配计算，生成多灾种并发仿真结果，包括：

8.如权利要求7所述一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法，其特征在于：所述根据所述各模块资源需求数据和所述预设灾种交互矩阵，对所述共享资源账本进行一次性非迭代的比例分配计算，生成分配后资源边界数据，包括：

9.如权利要求7所述一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法，其特征在于：所述通过松耦合算子分裂机制对所述多灾种耦合模型内的各灾种模块进行共享资源账本的守恒分配计算，生成多灾种并发仿真结果，还包括：

10.如权利要求1所述一种多灾种陆气耦合模式协同仿真方法，其特征在于：所述生成多灾种并发仿真结果之后，所述方法还包括：