本發(fā)明涉及生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估，特別涉及一種地上呼吸的估算方法、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)備與存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、fluxnet2015是一個(gè)全球生態(tài)系統(tǒng)通量網(wǎng)絡(luò)，旨在收集、存儲(chǔ)和提供來(lái)自全球各地許多生態(tài)系統(tǒng)的陸地表面通量觀測(cè)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括但不限于大氣、植被和土壤等的通量觀測(cè)數(shù)據(jù)，旨在幫助科學(xué)家和研究人員更好地理解地球生態(tài)系統(tǒng)的碳、水和能量循環(huán)過程。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成立是為了推動(dòng)氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)之間相互作用的研究。通過收集和整理保存全球各地的通量數(shù)據(jù)，fluxnet2015為研究人員提供了一個(gè)寶貴的研究工具，有助于氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)碳、水和能量通量之間關(guān)系的深入理解。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)不僅僅是為了收集數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，更重要的是促進(jìn)數(shù)據(jù)共享，為全球范圍內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化提供數(shù)據(jù)支持。由于全球氣候變化對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)的影響日益凸顯，fluxnet2015的重要性和價(jià)值不言而喻。通過該網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)支持，科學(xué)家和研究人員可以更好地評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)，推進(jìn)全球范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。fluxnet2015最新站點(diǎn)空間分布如圖1所示。每個(gè)站點(diǎn)提供給用戶年、月、周和天等不同時(shí)間尺度的數(shù)據(jù)。

2、srdb最早發(fā)布于2010年，之后開發(fā)團(tuán)隊(duì)每年都會(huì)對(duì)該數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，目前已更新到第五版(srdb-v5)。srdb-v5共收錄了來(lái)自2266篇已發(fā)表文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，測(cè)量時(shí)間為1961-2019年。srdb-v5針對(duì)俄文和中文文獻(xiàn)進(jìn)行了收錄，以實(shí)現(xiàn)更好的全球時(shí)空覆蓋。來(lái)自中國(guó)西北農(nóng)林科技大學(xué)簡(jiǎn)金世教授和美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的ben?bond-lamberty研究員等在《earth?system?science?data》以論文形式對(duì)該數(shù)據(jù)的第五版進(jìn)行了全面介紹。全球土壤呼吸數(shù)據(jù)庫(kù)(1961-2019年)由3個(gè)文本文件構(gòu)成，包括srdb-data.csv(土壤呼吸及其相關(guān)背景信息數(shù)據(jù))，srdb-studies.csv(土壤呼吸數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄的論文信息)，srdb_data_instruction.xlsx(針對(duì)srdb-data.csv文件85列的每列進(jìn)行詳細(xì)說明的文檔)。更新后的srdb-v5旨在為科學(xué)界提供季節(jié)性到年度野外土壤呼吸(rs)測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)框架，并為生物地球化學(xué)領(lǐng)域更好地了解土壤呼吸、根系呼吸和異養(yǎng)呼吸和陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)之間的關(guān)系及其時(shí)空變異性提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3、但是，fluxnet2015數(shù)據(jù)集里面的數(shù)據(jù)為采用渦度相關(guān)通量塔測(cè)量和計(jì)算的生態(tài)系統(tǒng)呼吸；srdb-v5數(shù)據(jù)集里面的數(shù)據(jù)大部分為采用箱式法測(cè)量得到的土壤呼吸，理論上來(lái)講，如果在一個(gè)站點(diǎn)同時(shí)具有fluxnet2015和sr?db-v5數(shù)據(jù)，利用生態(tài)系統(tǒng)呼吸減去土壤呼吸既可以得到地上呼吸(圖2)。然而，這兩種方法存在空間尺度上的不匹配的問題，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算地上呼吸，具體來(lái)說就是通量塔的覆蓋范圍為5km2左右，但是箱式法往往測(cè)量的是500cm2左右pvc管覆蓋范圍內(nèi)的土壤呼吸，這就導(dǎo)致兩者所測(cè)的數(shù)據(jù)在空間上不匹配。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種地上呼吸的估算方法、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)備與存儲(chǔ)介質(zhì)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在空間尺度上的不匹配的問題，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算地上呼吸的問題。

2、本發(fā)明具體提供如下技術(shù)方案：一種地上呼吸的估算方法，包括如下步驟：

3、獲取天尺度的全球通量數(shù)據(jù)及每個(gè)通量塔覆蓋區(qū)域內(nèi)的環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)；

4、基于全球土壤呼吸數(shù)據(jù)庫(kù)，篩選出與所述通量塔覆蓋區(qū)域環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)相似的站點(diǎn)；其中所述站點(diǎn)為srdb-v5數(shù)據(jù)庫(kù)中所含的站點(diǎn)，通過所述站點(diǎn)的經(jīng)緯度將全球通量數(shù)據(jù)進(jìn)行位置匹配；

5、基于與站點(diǎn)相似的環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建土壤呼吸模型，并通過所述土壤呼吸模型估算每個(gè)站點(diǎn)的土壤呼吸；

6、利用站點(diǎn)的全球通量數(shù)據(jù)和估算的土壤呼吸求差值，獲得監(jiān)測(cè)時(shí)段每個(gè)站點(diǎn)的地上呼吸。

7、優(yōu)選的，通過fluxnet官網(wǎng)獲取所述全球通量數(shù)據(jù)。

8、優(yōu)選的，基于google?earth?engine平臺(tái)獲取每個(gè)所述通量塔的覆蓋區(qū)域。

9、優(yōu)選的，獲取的所述環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)包括葉面積指數(shù)、植被類型、土壤溫度、土壤水分、降雨、ph容重、土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)碳和土壤呼吸。

10、本發(fā)明提供一種地上呼吸的估算系統(tǒng)，包括：

11、數(shù)據(jù)采集模塊，用于獲取天尺度的全球通量數(shù)據(jù)及每個(gè)通量塔覆蓋區(qū)域內(nèi)的環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)；

12、篩選模塊，用于基于全球土壤呼吸數(shù)據(jù)庫(kù)，篩選出與所述通量塔覆蓋區(qū)域環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)相似的站點(diǎn)；其中所述站點(diǎn)為srdb-v5數(shù)據(jù)庫(kù)中所含的站點(diǎn)，通過所述站點(diǎn)的經(jīng)緯度將全球通量數(shù)據(jù)進(jìn)行位置匹配；

13、土壤呼吸估算模塊，用于基于與站點(diǎn)相似的環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建土壤呼吸模型，并通過所述土壤呼吸模型估算每個(gè)站點(diǎn)的土壤呼吸；

14、地上呼吸獲取模塊，用于利用站點(diǎn)的全球通量數(shù)據(jù)和估算的土壤呼吸求差值，獲得監(jiān)測(cè)時(shí)段每個(gè)站點(diǎn)的地上呼吸。

15、本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器及處理器，所述存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行所述一種地上呼吸的估算方法的步驟。

16、本發(fā)明提供一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的一種地上呼吸的估算方法的步驟。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：

18、本發(fā)明通過采集通量塔覆蓋區(qū)域的天尺度全球通量數(shù)據(jù)，同時(shí)篩選覆蓋范圍相似的站點(diǎn)，基于環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型估算通量塔覆蓋區(qū)域的土壤呼吸，解決了土壤呼吸測(cè)量范圍較小的問題，將土壤呼吸范圍與通量塔覆蓋范圍統(tǒng)一，進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的匹配，直接通過差減法即可得出地上呼吸量，大大提高了檢測(cè)效率和準(zhǔn)確度。

技術(shù)特征：

1.一種地上呼吸的估算方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種地上呼吸的估算方法，其特征在于，通過fl?uxnet官網(wǎng)獲取所述全球通量數(shù)據(jù)。

3.如權(quán)利要求1所述的一種地上呼吸的估算方法，其特征在于，基于go?ogle?earthengine平臺(tái)獲取每個(gè)所述通量塔的覆蓋區(qū)域。

4.如權(quán)利要求1所述的一種地上呼吸的估算方法，其特征在于，獲取的所述環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)包括葉面積指數(shù)、植被類型、土壤溫度、土壤水分、降雨、ph容重、土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)碳和土壤呼吸。

5.一種地上呼吸的估算系統(tǒng)，其特征在于，包括：

6.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，其特征在于，包括存儲(chǔ)器及處理器，所述存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述一種地上呼吸的估算方法的步驟。

7.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的一種地上呼吸的估算方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種地上呼吸的估算方法、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)備與存儲(chǔ)介質(zhì)，涉及生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估技術(shù)領(lǐng)域，包括步驟：獲取天尺度的全球通量數(shù)據(jù)，并獲得每個(gè)通量塔在覆蓋區(qū)域內(nèi)的環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)；基于全球土壤呼吸數(shù)據(jù)庫(kù)，篩選與通量塔覆蓋范圍氣候類型、植被覆蓋和土壤性質(zhì)相似的站點(diǎn)；基于通量塔覆蓋區(qū)域的環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)建土壤呼吸模型，估算每個(gè)通量塔覆蓋區(qū)域的土壤呼吸；根據(jù)通量塔實(shí)測(cè)的生態(tài)系統(tǒng)呼吸和模型模擬的土壤呼吸，得到監(jiān)測(cè)時(shí)段每個(gè)通量塔覆蓋范圍內(nèi)的地上呼吸。本發(fā)明利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建的土壤呼吸模型估算通量塔覆蓋區(qū)域的土壤呼吸，解決了土壤呼吸測(cè)量范圍較小的問題，直接通過差減法即可得出地上呼吸量，提高了檢測(cè)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：簡(jiǎn)金世,任小花
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北農(nóng)林科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/26