一种植被碳汇评估方法、系统、电子设备及存储介质

本发明涉及生态环境评价，尤其涉及一种植被碳汇评估方法、系统、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、为掌握研究区域的生态系统碳循环情况，需定量研究陆地生态系统碳动态变化及其影响因素。净生态系统生产力(nep，net ecosystem productivity)代表陆地生态系统和大气之间的净二氧化碳交换量，nep的定量预测不仅有助于衡量植被生态系统健康程度，而且对定量分析区域植被生态系统的固碳状况与潜力也有重要价值。通常以植被净初级生产力(npp，net primary productivity)与土壤异养呼吸(rh)之差代表净生态系统生产力(nep)，并将nep作为植被碳汇评价指标进行植被碳汇评估。

2、目前，针对土壤异养呼吸，即土壤微生物和动物呼吸这一地下关键生态过程，通常是在观测样本的基础上，利用数据集成分析的方法建立异养呼吸模型，但现有的异养呼吸模型基本存在较强的区域性特征，即仅针对某特定区域，对于大空间尺度、多植被覆盖类型的适应性较差。此外，现有的异养呼吸模型中，异养呼吸强度与温度、降水均呈现单调递增关系，这与实际情况并不完全相符，导致异养呼吸模型的普适性与合理性较差、精确度较低。

3、再有，目前针对nep的研究，主要是基于固定通量观测站点的观测数据，研究nep的时空分布及其随温度、降水、光合有效辐射、人口等各种影响因素的变化规律，其通常代表某固定区域的nep时空分布，并不能完全适用于其他区域的碳汇评估。在“以点带面”的状态下，对nep时空分布格局的准确、合理评估尚存在差距。

技术实现思路

1、本发明提供一种植被碳汇评估方法、系统、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中植被碳汇评估过程中所构建的异养呼吸模型对于大空间尺度、多植被覆盖类型的适应性较差，以及nep时空分布格局评估准确度较低的问题。

2、本发明提供一种植被碳汇评估方法，包括：

3、构建异养呼吸模型架构，所述异养呼吸模型架构包括：随年均温度单调变化的温度调节项、以及随年累积降水量非单调变化的降水修正项；

4、获取多个通量观测站点的通量塔数据；基于所述通量塔数据，构建训练样本数据集；

5、基于所述异养呼吸模型架构和所述训练样本数据集，进行异养呼吸模型参数训练，获取训练好的异养呼吸模型；

6、获取待评估区域的关联数据，所述关联数据包括：ndvi遥感数据、气象数据和土地覆盖类型；

7、基于所述异养呼吸模型和所述关联数据，确定所述待评估区域的净生态系统生产力。

8、可选的，所述异养呼吸模型架构的数学表达为：

9、rh＝rht+rhp

10、其中，rh表示植被异养呼吸值，rht表示温度调节项，rhp表示降水修正项。

11、可选的，rht的数学表达为：

12、

13、其中，at和bt均表示温度训练参数，t表示当前通量观测站点的年均温度，tb表示基础温度；

14、rhp的数学表达为：

15、

16、其中，cp和dp均表示降水训练参数，p表示当前通量观测站点的年累积降水量，po表示目标降水量。

17、可选的，基于所述通量塔数据，构建训练样本数据集的步骤包括：

18、基于所述通量塔数据中的月平均温度，确定年均温度样本；

19、基于所述通量塔数据中的月降水量，确定年累积降水量样本；

20、将预先采集的土地覆盖类型样本数据、ndvi遥感样本数据、所述通量塔数据中的月总太阳辐射、月平均温度和月降水量输入预设的植被净初级生产力遥感估算模型，进行植被净初级生产力遥感估算，获取遥感估算结果；

21、基于所述遥感估算结果和所述通量塔数据中的净生态系统碳交换量，确定多个通量观测站点的异养呼吸观测值；

22、将所述年均温度样本、年累积降水量样本和所述异养呼吸观测值进行组合，完成所述训练样本数据集的构建。

23、可选的，基于所述异养呼吸模型架构和所述训练样本数据集，进行异养呼吸模型参数训练，获取训练好的异养呼吸模型的步骤包括：

24、将所述训练样本数据集中的年均温度样本和年累积降水量样本输入所述异养呼吸模型架构进行异养呼吸预测，获取异养呼吸预测值；

25、根据所述异养呼吸预测值、训练样本数据集中的异养呼吸观测值、以及预设的目标函数，进行异养呼吸模型参数训练与优化，获取训练好的所述异养呼吸模型；所述目标函数的数学表达为：

26、

27、其中，f(x)表示目标函数，n表示样本数量，ri(x)表示第i个样本的异养呼吸预测值与异养呼吸观测值之间的差值。

28、可选的，基于所述异养呼吸模型和所述关联数据，确定所述待评估区域的净生态系统生产力的步骤包括：

29、对所述气象数据进行空间插值处理，获取与所述ndvi遥感数据空间匹配的气象栅格数据，所述气象数据包括：月平均温度、月降水量、月总太阳辐射，以及各通量观测站点的地理空间信息；

30、将所述ndvi遥感数据、所述气象栅格数据和所述土地覆盖类型输入预设的植被净初级生产力遥感估算模型，获取待评估区域的植被净初级生产力；

31、根据所述月平均温度、所述月降水量和所述植被净初级生产力，确定所述待评估区域的净生态系统生产力。

32、可选的，根据所述月平均温度、所述月降水量和所述植被净初级生产力，确定所述待评估区域的净生态系统生产力的步骤包括：

33、根据所述月平均温度，确定所述待评估区域的年均温度；

34、根据所述月降水量，确定所述待评估区域的年累积降水量；

35、将所述年均温度和所述年累积降水量输入训练好的异养呼吸模型，进行异养呼吸模拟，获取异养呼吸模拟结果；

36、基于所述植被净初级生产力和所述异养呼吸模拟结果，确定所述待评估区域的净生态系统生产力。

37、本发明还提供一种植被碳汇评估系统，包括：

38、模型构架构建模块，用于构建异养呼吸模型架构，所述异养呼吸模型架构包括：随年均温度单调变化的温度调节项、以及随年累积降水量非单调变化的降水修正项；

39、数据集构建模块，用于获取多个通量观测站点的通量塔数据；基于所述通量塔数据，构建训练样本数据集；

40、异养呼吸模型训练模块，用于基于所述异养呼吸模型架构和所述训练样本数据集，进行异养呼吸模型参数训练，获取训练好的异养呼吸模型；

41、关联数据获取模块，用于获取待评估区域的关联数据，所述关联数据包括：ndvi遥感数据、气象数据和土地覆盖类型；

42、评估模块，用于基于所述异养呼吸模型和所述关联数据，确定所述待评估区域的净生态系统生产力。

43、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述植被碳汇评估方法。

44、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述植被碳汇评估方法。

45、本发明提供的一种植被碳汇评估方法、系统、电子设备及存储介质，通过构建异养呼吸模型架构，异养呼吸模型架构包括：随年均温度单调变化的温度调节项、以及随年累积降水量非单调变化的降水修正项；获取多个通量观测站点的通量塔数据；基于通量塔数据，构建训练样本数据集；基于异养呼吸模型架构和训练样本数据集，进行异养呼吸模型参数训练，获取训练好的异养呼吸模型；获取待评估区域的关联数据，关联数据包括：ndvi遥感数据、气象数据和土地覆盖类型；并基于异养呼吸模型和关联数据，确定待评估区域的净生态系统生产力。能够较好地适应大空间尺度、多植被覆盖类型下的土壤异养呼吸作用模拟，普适性较高，合理性较强，并且，较好地实现了大空间尺度、长时间跨度nep时空分布格局评估的有效模拟，精确度较高。