一种多尺度岩溶流域碳汇不同介质耦合评估方法及系统与流程

本发明涉及岩溶生态碳汇评估与生态环境计量，特别是指一种多尺度岩溶流域碳汇不同介质耦合评估方法及系统。

背景技术：

1、岩溶生态碳汇评估与生态环境计量技术领域围绕岩溶流域土壤、植被、水体和岩石介质开展碳库观测与碳通量计量，结合采样检测、遥感解译、气象观测和水文记录，形成采集、传输、校验、入库、调用和统计的连续处理关系，并由野外监测设备、检测仪器、遥感系统、终端和服务器协同执行。其中，传统多尺度岩溶流域碳汇不同介质耦合评估方法及系统是指针对点位、坡面至流域范围内不同介质碳汇信息进行计量的计算方法和软硬件系统，依据碳浓度、径流量、土壤有机碳、植被生物量、岩性资料、降水记录和空间坐标等数据，在终端或服务器中按监测时间、空间位置、介质类别和采样批次进行整理匹配、单位换算、层级汇总和结果存储。

2、传统岩溶流域碳汇评估流程多按单一介质或单一空间层级组织观测资料，水体碳数据、土壤碳数据、植被固碳数据与岩石风化资料之间缺少同一时间、同一位置和同一介质口径下的对应关系，点位、坡面与流域尺度之间的数据汇总关系不清，跨尺度结果之间缺少校验依据，导致碳汇分量、介质迁移量和耦合关系在计算口径上难以保持一致，评估结果对岩溶流域碳汇变化的表达存在偏差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多尺度岩溶流域碳汇不同介质耦合评估方法及系统，使岩溶流域内不同介质碳汇数据能够按照空间层级、采集时间、空间位置数据和介质类别建立对应关系，并在数据口径校验、替代观测数据调用、介质碳汇分量计算、介质迁移量计算和耦合关系确定的基础上，形成与岩溶流域多尺度评估单元相匹配的碳汇评估结果。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，提供一种多尺度岩溶流域碳汇不同介质耦合评估方法，包括以下步骤：取得岩溶流域基础资料，所述岩溶流域基础资料包括地形地貌资料、水文资料、生态类型资料和空间尺度资料，按照水文汇流边界、地形分割边界和生态类型边界划分多尺度评估单元；在所述多尺度评估单元内确定用于取得介质观测数据和环境观测数据的监测点，并基于所述监测点取得介质观测数据和环境观测数据，所述介质观测数据包括植被固碳数据、土壤碳数据、水体碳数据和岩石风化碳数据，所述环境观测数据包括降水数据、径流数据、温度数据和空间位置数据；按照采集时间、所述空间位置数据和介质类别对所述介质观测数据和所述环境观测数据进行对应，得到评估基础数据；对所述评估基础数据进行完整性校验，当所述评估基础数据满足所述采集时间一致、所述空间位置一致和所述介质类别一致的数据口径时，计算介质碳汇分量和介质迁移量；当所述评估基础数据不满足所述数据口径时，调用相邻空间位置或者相邻采集时间的替代观测数据后计算所述介质碳汇分量和所述介质迁移量；根据所述介质碳汇分量、所述介质迁移量和所述环境观测数据确定不同介质之间的耦合关系，并按照所述多尺度评估单元输出碳汇评估结果。

3、进一步地，划分所述多尺度评估单元时，对所述岩溶流域基础资料进行坐标统一和边界提取，依据所述地形地貌资料确定坡面分割线，依据所述水文资料确定汇流边界分割线，依据所述生态类型资料确定生态类型边界；当所述坡面分割线、所述汇流边界和所述生态类型边界相交形成闭合区域时，将闭合区域确定为所述多尺度评估单元；当所述坡面分割线、所述汇流边界和所述生态类型边界未形成闭合区域时，按照所述汇流边界优先、所述坡面分割线次之、所述生态类型边界补充的顺序确定所述多尺度评估单元。

4、进一步地，对所述多尺度评估单元进行层级归属处理，将监测点所在的最小闭合区域确定为点位评估单元，将同一所述汇流边界内相邻的所述点位评估单元合并为坡面评估单元，将同一流域出口控制范围内的所述坡面评估单元合并为流域评估单元；当所述点位评估单元跨越两个以上所述生态类型边界时，按照面积占比最高的生态类型确定所述点位评估单元的生态归属。

5、进一步地，取得所述介质观测数据和所述环境观测数据的过程包括：获取所述多尺度评估单元内的所述植被固碳数据、所述土壤碳数据、所述水体碳数据和所述岩石风化碳数据，确定所述介质观测数据；获取所述多尺度评估单元内的所述降水数据、所述径流数据、所述温度数据和所述空间位置数据，确定所述环境观测数据；按照所述空间位置数据将所述介质观测数据和所述环境观测数据写入同一所述多尺度评估单元的数据记录中。

6、进一步地，得到所述评估基础数据的过程包括：获取同一所述多尺度评估单元内的所述数据记录，确定所述数据记录中的所述采集时间、所述空间位置和所述介质类别；当所述介质观测数据和所述环境观测数据具有相同的所述采集时间、所述空间位置和所述介质类别时，将所述介质观测数据和所述环境观测数据写入同一评估数据条目；当所述介质观测数据和所述环境观测数据缺少任一对应项时，将缺少对应项的数据标记为待校验数据；汇总所述评估数据条目和所述待校验数据，得到所述评估基础数据。

7、进一步地，对所述评估基础数据进行完整性校验的过程包括：将所述评估基础数据按照采集时间、空间位置和介质类别划分为多个评估数据条目，获取任一所述评估数据条目，并确定所述评估数据条目对应的所述采集时间、所述空间位置和所述介质类别；根据所述采集时间、所述空间位置和所述介质类别确定必填数据项；当所述评估数据条目包括所述必填数据项时，将所述评估数据条目确定为满足所述数据口径的数据；当所述评估数据条目缺少任一所述必填数据项时，将所述评估数据条目确定为不满足所述数据口径的数据。

8、进一步地，调用所述替代观测数据后计算所述介质碳汇分量和所述介质迁移量的过程包括：根据所述多尺度评估单元对应的空间尺度资料和所述采集时间确定评估周期，所述评估周期用于限定候选替代数据与所述评估数据条目的时间对应范围；获取不满足所述数据口径的所述评估数据条目，确定所述评估数据条目缺少的所述必填数据项；按照所述采集时间、所述空间位置和所述介质类别，在相邻采集时间或者相邻空间位置内检索与所述必填数据项对应的候选替代数据；当所述候选替代数据与所述评估数据条目属于同一所述介质类别，并且所述候选替代数据的采集时间处于同一评估周期内时，将所述候选替代数据确定为所述替代观测数据；根据所述替代观测数据补入所述评估数据条目后，计算所述介质碳汇分量和所述介质迁移量。

9、进一步地，确定不同介质之间的所述耦合关系的过程包括：获取同一所述多尺度评估单元内的所述介质碳汇分量、所述介质迁移量和所述环境观测数据，按照所述介质类别形成介质贡献序列和介质迁移序列；将同一评估周期内任意两类介质的所述介质贡献序列和所述介质迁移序列按所述采集时间（年度尺度平均为一年周期）对齐，确定两类介质之间的变化方向和迁移方向；当所述变化方向一致且所述迁移方向与预设迁移方向一致时，将两类介质之间的关联确定为协同耦合关系；当所述变化方向相反或者所述迁移方向与所述预设迁移方向不一致时，将两类介质之间的关联确定为制约耦合关系；汇总所述协同耦合关系和所述制约耦合关系，得到不同介质之间的所述耦合关系。

10、进一步地，输出所述碳汇评估结果的过程包括：获取所述多尺度评估单元对应的所述介质碳汇分量、所述介质迁移量、所述协同耦合关系和所述制约耦合关系，按照点位评估单元、坡面评估单元和流域评估单元的层级顺序生成尺度评估结果；将同一层级内每个所述多尺度评估单元的所述尺度评估结果按所述介质类别进行汇总，形成介质汇总结果；当所述介质汇总结果与所述耦合关系对应的介质变化方向一致时（介质变化方向为边界向流域的汇水低地迁移汇聚），将所述介质汇总结果写入所述碳汇评估结果；当所述介质汇总结果与所述耦合关系对应的介质变化方向不一致时，保留所述介质汇总结果并标记为待复核结果（为边界条件有待查验、有部分地下水通道等因素影响，需要排除干扰因素，核实耦合关系后在定量评估，已确保数据科学性、准确性）。

11、本发明还提供一种多尺度岩溶流域碳汇不同介质耦合评估系统，所述评估系统用于为上述方法提供支持，所述评估系统包括数据接入端、空间划分处理器、数据校验处理器、耦合计算处理器、存储器和结果输出端；所述数据接入端用于接收岩溶流域基础资料、介质观测数据和环境观测数据，并将所述岩溶流域基础资料、所述介质观测数据和所述环境观测数据写入所述存储器；所述空间划分处理器根据所述岩溶流域基础资料中的水文汇流边界、地形分割边界和生态类型边界划分多尺度评估单元；所述数据校验处理器用于按照采集时间、空间位置数据和介质类别对所述介质观测数据和所述环境观测数据进行对应，形成数据口径，并在所述数据口径不一致时调用替代观测数据；所述耦合计算处理器用于所述多尺度评估单元、所述介质观测数据、所述环境观测数据和所述替代观测数据计算介质碳汇分量、介质迁移量和不同介质之间的耦合关系；所述结果输出端用于按照所述多尺度评估单元输出碳汇评估结果。

12、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

13、本发明中，通过岩溶流域基础资料划分多尺度评估单元，使点位、坡面和流域范围内的计算边界具有同一空间依据。通过采集介质观测数据、环境观测数据，并按采集时间、空间位置数据和介质类别形成评估基础数据，使不同介质碳汇计算的输入口径保持对应。通过完整性校验及替代观测数据调用，使数据缺项或口径不一致时形成可追溯的介质碳汇分量和介质迁移量。通过介质碳汇分量、介质迁移量和环境观测数据确定耦合关系，使碳汇评估结果反映不同尺度下的介质关联。