一种指定区域内大气湿沉降营养物质通量核算方法及系统与流程

本发明属于生态环保领域，更具体地，涉及一种指定区域内大气湿沉降营养物质通量核算方法及系统。

背景技术：

1、大气沉降是指大气中各种物质的自然沉降，分为干沉降和湿沉降。其中，干沉降指不发生降水时，大气中物质受重力、颗粒物吸附等作用由大气沉降到地面的过程；湿沉降指发生降水事件时，高空雨滴吸收和冲刷大气中物质降到地面的沉降过程，包括雨、雪、雹、雾等。最近的研究资料表明，大气沉降在水体营养物质来源构成中已占有相当的比例，尤其是氮磷等物质沉降负荷，其可能会与陆源的通量相当，从而对水生态环境安全构成威胁。目前大气湿沉降所传输的营养物质已不仅仅是海洋、湖库等水体维持初级生产力的主要来源，而是成为一种外在的和新增的污染负荷。因此，对大气湿沉降营养物质通量进行核算有利于了解水生态环境安全性问题，对指导改善水生态环境具有重要意义。

2、现有以观测法为出发点的大气沉降营养物质通量核算，绝大多数仅停留在片区内沉降通量的计算上，即用有限的监测站点代表一个小尺度范围内的沉降量大小(某营养物质的沉降强度)，而并未真正涉及大区域范围营养物质经湿沉降的通量核算；即便想核算较大区域范围内营养物质的沉降通量，目前也只能仅用有限的监测站点的数据进行核算，通过长时间连续采集监测站点的湿沉降样品，然后分析湿沉降样品中的营养物质浓度，再结合该区域内降雨量数据和对应湿沉降的下垫面范围，估算观测期间区域内营养物质经湿沉降进入下垫面的总质量，以这个估算量来代表指定大区域范围内营养物质通量。

3、然而，这种核算方法由于没有考虑到湿沉降具有时间和空间差异性而导致核算结果与真实值存在较大差异，难以客观、真实地反映出大区域范围内湿沉降营养物质的通量，且需在指定区域内建立高密度连续监测站点，成本高。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种指定区域内大气湿沉降营养物质通量核算方法及系统，其目的在于提出一种指定区域内大气湿沉降中营养物质通量核算方法，该方法首次通过将离散的营养物质浓度数据转换为连续的营养物质浓度空间分布图，再将降雨量空间分布图和营养物质浓度空间分布图进行格栅化处理，模拟布设足够多湿沉降监测站点获取的数据来核算该区域内大气湿沉降营养物质通量，由此解决现有涉及大区域范围营养物质经湿沉降的通量核算依据个别监测站点的数据，因没有考虑到湿沉降具有时间和空间差异性，容易造成其核算结果与真实值存在较大偏差的技术问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种指定区域内大气湿沉降中营养物质通量核算方法，其包括以下步骤：

3、(1)获取指定区域内核算月份对应的降雨量空间分布影像图、该区域内湿沉降监测站点检测的营养物质浓度、以及该区域对应的下垫面总面积；

4、(2)数据处理：根据空间差值分析，将(1)获得的离散的营养物质浓度数据转换为连续的数据曲面，获得该区域内核算月份对应的营养物质浓度空间分布图；

5、将(1)获得的指定区域内核算月份对应的降雨量空间分布影像图以及转换获得的营养物质浓度空间分布图，进行相同格栅化处理，分别获得n个模拟监测站点对应的降雨量和营养物质浓度；

6、(3)核算指定区域内大气湿沉降中营养物质通量ma：按照如下公式计算：

7、

8、式中，ri为指定区域内湿沉降模拟监测站点i点处对应的月降雨量，mm；ci为指定区域内对应i点处对应的营养物质浓度，mg/l/月；ai为指定区域内对应i点处对应的下垫面面积，m2。

9、优选地，所述指定区域内大气湿沉降中营养物质通量核算方法，其所述空间差值分析为反距离权重法，将获得的离散的营养物质浓度转换为营养物质浓度空间分布影像图；所述反距离权重法，具体按照如下公式转化：

10、z＝σ(wi×zi)/∑wi，

11、wi＝1/di；

12、式中z为未知点的值，wi为已知点i的权重，zi为已知点i的值，di为未知点与已知点i的距离。

13、优选地，所述指定区域内大气湿沉降中营养物质通量核算方法，其所述反距离权重法包括利用arcgis或matlab软件中的反距离权重法。

14、优选地，所述指定区域内大气湿沉降中营养物质通量核算方法，其所述营养物质包括总氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总磷、活性磷酸盐、f-、cl-、so42-、k+、na+、ca2+、mg2+中一种或多种。

15、按照本发明的另一方面，还提供了一种指定区域内大气湿沉降中营养物质通量核算系统，其包括数据获取模块、数据处理模块和营养物通量核算模块；

16、所述数据获取模块，用于获取指定区域内降雨量空间分布影像图、指定区域内对应监测点测定的营养物质浓度、以及该区域对应的下垫面总面积，并提交给数据处理模块；

17、所述数据处理模块，按照反距离权重法，将获得的离散的营养物质浓度转换为连续的营养物质浓度空间分布影像图，再将获得指定区域内降雨量空间分布影像图和营养物质浓度空间分布影像图进行格栅化处理，获得n个核算单元对应的降雨量和营养物质浓度数据，并提交给营养物通量核算模块；

18、所述营养物通量核算模块，按照获得的指定区域内某营养物n个核算单元对应的降雨量和营养物质浓度数据，核算该营养物的总通量，具体的按照如下公式核算：

19、

20、式中，ri为指定区域内湿沉降模拟监测站点i点处对应的月降雨量，mm；ci为指定区域内对应i点处对应的营养物质浓度，mg/l/月；ai为指定区域内对应i点处对应的下垫面面积，m2。

21、优选地，所述指定区域内大气湿沉降中营养物质通量核算系统，其所述将离散的营养物质浓度转换为连续的营养物质浓度空间分布图，具体按照如下转换：

22、z＝∑(wi×zi)/σwi，

23、wi＝1/di；

24、式中z为未知点的值，wi为已知点i的权重，zi为已知点i的值，di为未知点与已知点i的距离。

25、优选地，所述指定区域内大气湿沉降中营养物质通量核算系统，其所述营养物质包括总氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总磷、活性磷酸盐、f-、cl-、so42-、k+、na+、ca2+、mg2+中一种或多种。

26、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

27、本发明提供的指定区域内大气湿沉降中营养物质通量核算方法，是通过将该区域获取的离散监测点数据，根据空间分析，采用反距离权重法转化为连续的数据面，再格栅化处理模拟足够多的监测站点获取的降雨量和营养物浓度数据，按照公式计算所有模拟站点对应的大气中营养物质湿沉降通量之和，获得该指定区域内大气湿沉降中营养物质通量。由于本发明提供的方法充分考虑到大气营养物湿沉降具有的时间和空间差异性，将离散点转化面，再格栅化处理，能够模拟足够多监测站点获得的降雨量和营养物浓度数据，相比现有以个别监测站点的数据核算大区域内大气湿沉降中营养物质通量，核算更接近真实值。