【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于生態環境及大氣科學領域數據制作方法，尤其涉及一種估算中國陸地區域高分辨率大氣二氧化碳濃度的方法。
技術介紹
1、氣候變化導致的一系列問題對人類生活和發展產生了重要影響，引起各國政府和科學界的重點關注(fang等，2011)。大氣中的二氧化碳作為主要的溫室氣體，對全球氣候變化造成巨大影響(zimov等，2006)。相比于工業化前的水平，大氣二氧化碳濃度已增加了50％以上(friedlingstein等，2023)。為控制二氧化碳排放從而減緩全球變暖，多年來全世界各國一直在做出各種努力。因此，合理制定策略來控制二氧化碳排放，對大氣中二氧化碳濃度及其時空分布進行準確估算至關重要(deng等，2013)。
2、目前，對于大氣二氧化碳估算主要采用站點觀測、衛星遙感和數值模式模擬的手段(樸世龍等，2022)。地面觀測可以獲得較為準確且時間分辨率高連續性好的大氣二氧化碳濃度值，但由于空間分布有限使得地面觀測難以反映大范圍的區域分布特征(wang等，2020)。相對于站點觀測，衛星遙感覆蓋密度高，可以提供區域的二氧化碳分布信息，但由于其特定的軌道模式以及觀測周期，無法對同一區域進行連續的高時間分辨率觀測(zhao等，2023)。數值模式可以對區域乃至全球大氣二氧化碳進行時間連續的模擬，成為研究大氣中二氧化碳濃度分布和時空變化的有效工具。
3、全球數值模式由于無法進行高空間分辨率的模擬，且很難考慮中小尺度天氣過程的影響，在對特定區域大氣二氧化碳濃度的估算上往往存在較大不確定性(geels等，2007)
4、在區域模式中，wrf-chem模式基于vprm模型來計算生物源二氧化碳濃度，由于其沒有過多復雜的參數且模擬結果準確可靠，被廣泛用于大氣二氧化碳相關研究。即使在地形復雜的區域，wrf-chem也被證實可以估算出和觀測相一致的大氣二氧化碳濃度(pillai，2011)。然而，模式中對于生態系統呼吸作用的計算采用簡單的線性公式，這也導致模式中陸地生態系統吸收/釋放的二氧化碳存在一定誤差(hu等，2020)。此外，在不同研究區域采用合理的參數對于模式估算大氣二氧化碳濃度的準確性起到至關重要的作用(mahadevan等，2008)。先前對于中國陸地區域大氣二氧化碳的研究，大多直接使用前人基于國外站點擬合得出的參數進行模擬(dong等，2021；li等，2020)，或針對局地特定下墊面類型進行參數擬合(dayalu等，2018)，且使用的wrf-chem模式中對于生態系統呼吸作用的計算均為簡單的線性公式。因此，要準確估算中國陸地區域的大氣二氧化碳濃度，需要更完善的生態系統呼吸作用計算公式以及適用于該地區的計算參數。
5、wrf-chem模式對于大氣二氧化碳的估算依賴于wrf模式模擬的氣象場(溫度、相對濕度、風場等)以及向下的短波輻射，研究發現直接用模式模擬出的氣象場和光合有效輻射存在較大誤差(ahmadov等，2007；dayalu等，2018)。nudging方法是一種改進模式氣象場模擬的方法，其核心思路為通過在預報方程中增加一個與預報和觀測之差成比例的虛假傾向項，使模式的結果逼近觀測資料。已有許多研究證明利用nudging方法可以有效提高wrf模式對于氣象場的模擬能力(ma等，2016；mai等，2017)，但目前鮮有研究在大氣二氧化碳的估算中使用nudging方法尤其是觀測nudging來提高氣象場模擬結果。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是提供一種精確度更高的估算中國陸地區域高分辨率大氣二氧化碳濃度的方法。
2、為解決上述問題，本專利技術所述的一種估算中國陸地區域高分辨率大氣二氧化碳濃度的方法，包括以下步驟：
3、⑴利用衛星數據計算植被指數、地表水分指數、植被物候指數，將計算得到的數據與土地類型數據一起分配到數值模式網格上，生成數值模式運行所需的植被數據文件；
4、⑵將來自于歐洲中期天氣預報中心的cams全球溫室氣體濃度數據集作為原始二氧化碳背景場、來自于歐洲中期天氣預報中心的第五代大氣再分析數據集(era5)作為原始氣象背景場，通過反距離權重法將原始二氧化碳背景場和原始氣象背景場的數據插值到數值模式網格上，生成二氧化碳背景場和氣象背景場文件；
5、⑶將來源于清華大學的多尺度排放清單(meic)作為人為排放清單數據，先通過線性插值將月分辨率的人為排放清單數據轉換為小時分辨率，再通過反距離權重法將人為排放清單數據插值到數值模式網格上，生成人為源二氧化碳排放數據文件；
6、⑷通過改進陸地生態系統光合與呼吸作用計算公式、改進數值模式計算的三維溫度場，構建優化的大氣二氧化碳模擬系統；其中：
7、①在wrf-chem模式中，陸地生態系統光合作用計算公式為：
8、
9、parnew＝0.77×parmodel+7.36
10、式中：gee為陸地生態系統光合作用，單位μmol?m-2s-1；λ為最大光能利用率，單位μmol?co2?m-2s-1/μmol?par?mm-2s-1，par代表光合有效輻射；par0為光合作用到達半飽和值時對應的光合有效輻射，單位μmol?mm-2s-1；tscale為溫度影響指數；pscale表示植被物候指數；wscale1為光合作用水分脅迫指數；lswimax為多年地表水分指數的最大值；parnew為校正后的光和有效輻射，單位μmolm-2s-1；；parmodel為原始數值模式計算出的光和有效輻射；
11、②陸地生態系統呼吸作用計算公式為：
12、r＝β+α1×t′+α2×t′2+γ×evi+k1×wscale2+k2×wscale2×t′+k3×wscale2×t′2
13、
14、當ta≥tc時：t′＝ta
15、當ta＜tc時：t′＝tc-tm×(tc-ta)
16、式中：t′為改良對的溫度，單位：℃；wscale2為呼吸作用水分脅迫指數；β、α1、α2、γ、k1、k2、k3為通過中國地區多年不同植被類型生產力站點觀測數據擬合得到的適用于中國陸地區域不同下墊面植被類型的計算參數；lswimin為多年地表水分指數的最小值；ta為2m大氣溫度，單位℃；tc為低溫閾值，單位℃；tm為大氣溫度低于tc時的經驗系數；
17、③改進數值模式計算的三維溫度場：
18、通過觀測nudging方法同化站點觀測的2m氣溫數據來改進模式本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種估算中國陸地區域高分辨率大氣二氧化碳濃度的方法，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種估算中國陸地區域高分辨率大氣二氧化碳濃度的方法，其特征在于：所述步驟(1)中植被指數、地表水分指數、植被物候指數利用MODIS衛星數據按下式計算：
3.如權利要求1所述的一種估算中國陸地區域高分辨率大氣二氧化碳濃度的方法，其特征在于：所述步驟⑴中數值模式網格是指蘭伯特投影，分辨率為12×12km，網格數為354×415，中心點為36.461°N，102.53°E。
4.如權利要求1所述的一種估算中國陸地區域高分辨率大氣二氧化碳濃度的方法，其特征在于：所述步驟①中λ和PAR0的取值范圍如表1所示：
5.如權利要求1所述的一種估算中國陸地區域高分辨率大氣二氧化碳濃度的方法，其特征在于：所述步驟②中β、α1、α2、γ、k1、k2、k3的取值范圍如表2所示：
【技術特征摘要】
1.一種估算中國陸地區域高分辨率大氣二氧化碳濃度的方法，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種估算中國陸地區域高分辨率大氣二氧化碳濃度的方法，其特征在于：所述步驟(1)中植被指數、地表水分指數、植被物候指數利用modis衛星數據按下式計算：
3.如權利要求1所述的一種估算中國陸地區域高分辨率大氣二氧化碳濃度的方法，其特征在于：所述步驟⑴中數值模式網格是指蘭伯特投影，分辨率...
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