基于遥感资料同化的海气碳通量重构方法、系统及装置与流程

本发明涉及海气测量领域，尤其涉及一种基于遥感资料同化的海气碳通量重构方法、系统及装置。

背景技术：

1、海洋与大气之间的能量及物质交换是生物地球循环的重要研究内容，在相互制约的海洋系统中，海气碳通量是实现海洋与大气之间相互作用的重要途径，大气中的碳很大一部分以二氧化碳的形式进入海洋，同时海气碳通量表示了海洋与大气之间的能量交换幅度，在一定程度上影响了全球气候变化，因此对海气碳通量的研究具有重要的现实意义。

2、截止目前，在现有技术中海洋碳通量的常规观测方法主要有遥感、箱法及直接测量法等，基于遥感的观测方法通过观测大气二氧化碳含量的变化情况计算碳通量，但是此种方法无法直接观测且所得的海气碳通量相关数据容易受天气影响，存在数据缺失的情况；基于箱法的观测精度受测量仪器影响较大，测量范围小且误差较大；直接测量法无法进行长期原位的海气碳通量观测。

3、因此，目前海气碳通量的计算方式存在局限性导致计算结果非常不精准，因此对海洋数据的相关研究造成严重影响。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种基于遥感资料同化的海气碳通量重构方法、系统及装置。

2、为了解决上述问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

3、一种基于遥感资料同化的海气碳通量重构方法，包括以下步骤：

4、基于海洋碳影响因素，构建三维碳循环模型，其中，海洋碳影响因素包括溶解无机碳、溶解有机碳及颗粒有机碳；

5、获取海洋盐度数据，基于海洋总碱度及海洋盐度数据，构建海洋总碱度参数化模型；

6、获取遥感二氧化碳分压数据，将遥感二氧化碳分压数据及海洋总碱度参数化模型耦合至三维碳循环模型中，得到模拟二氧化碳分压模型，进而得到二氧化碳分压数据；

7、基于二氧化碳分压数据，得到海气界面间二氧化碳分压差，基于海气界面间二氧化碳分压差构建模拟海气碳通量模型，进而得到海气碳通量数据。

8、作为一种可实施方式，所述构建海洋总碱度参数化模型，包括以下步骤：

9、基于海洋盐度数据，对海洋总碱度进行多项式拟合，通过平衡参数量及拟合精度之间的关系，得到海洋总碱度参数化模型，表示如下：

10、

11、其中，表示海洋总碱度，表示海洋盐度数据，、、、表示常量。

12、作为一种可实施方式，所述将遥感二氧化碳分压数据及海洋总碱度参数化模型耦合至三维碳循环模型中，得到模拟二氧化碳分压模型，进而得到二氧化碳分压数据，包括以下步骤：

13、基于遥感二氧化碳分压数据与三维碳循环模型中溶解无机碳线性模型进行同化，得到溶解无机碳变化模型；

14、基于碳酸-碳酸盐系统平衡方程并结合海洋总碱度，得到海洋总碱度参数；

15、基于海洋总碱度参数及溶解无机碳变化模型，建立模拟二氧化碳分压模型，得到二氧化碳分压数据。

16、作为一种可实施方式，所述溶解无机碳变化模型，表示如下：

17、

18、其中，表示遥感二氧化碳分压数据，表示三维碳循环模型的二氧化碳分压数据，表示溶解无机碳，p1表示常量。

19、作为一种可实施方式，所述模拟二氧化碳分压模型，表示如下：

20、

21、

22、其中，表示二氧化碳在海水中的溶解度，、表示海水中二氧化碳的平衡常数，表示逸度常数，表示温度，表示大气压，表示模拟二氧化碳分压数据，表示海洋总碱度参数。

23、作为一种可实施方式，所述海气界面间二氧化碳分压差，通过以下计算方式得到：

24、

25、所述模拟海气碳通量模型，表示如下：

26、

27、其中，表示气体传输系数，，表示海水中二氧化碳的溶解度，表示海气界面间二氧化碳分压差，表示海平面10米处风速，表示施密特数，表示表层海水的二氧化碳分压数据，表示海面大气的二氧化碳分压数据，表示海气碳通量数据。

28、一种基于遥感资料同化的海气碳通量重构系统，包括海洋碳模型建立模块、碱度模型构建模块、分压数据计算模块及海气碳通量计算模块；

29、所述海洋碳模型建立模块，基于海洋碳影响因素，构建三维碳循环模型，其中，海洋碳影响因素包括溶解无机碳、溶解有机碳及颗粒有机碳；

30、所述碱度模型构建模块，获取海洋盐度数据，基于海洋总碱度及海洋盐度数据，构建海洋总碱度参数化模型；

31、所述分压数据计算模块，获取遥感二氧化碳分压数据，将遥感二氧化碳分压数据及海洋总碱度参数化模型耦合至三维碳循环模型中，得到模拟二氧化碳分压模型，进而得到二氧化碳分压数据；

32、所述海气碳通量计算模块，基于二氧化碳分压数据，得到海气界面间二氧化碳分压差，基于海气界面间二氧化碳分压差构建模拟海气碳通量模型，进而得到海气碳通量数据。

33、作为一种可实施方式，所述分压数据计算模块，被设置为：

34、基于遥感二氧化碳分压数据与三维碳循环模型中溶解无机碳线性模型进行同化，得到溶解无机碳变化模型；

35、基于碳酸-碳酸盐系统平衡方程并结合海洋总碱度，得到海洋总碱度参数；

36、基于海洋总碱度参数及溶解无机碳变化模型，建立模拟二氧化碳分压模型，得到二氧化碳分压数据；

37、其中，所述溶解无机碳变化模型，表示如下：

38、

39、其中，表示遥感二氧化碳分压数据，表示三维碳循环模型的二氧化碳分压数据，表示溶解无机碳，p1表示常量；

40、其中，所述模拟二氧化碳分压模型，表示如下：

41、

42、

43、其中，表示二氧化碳在海水中的溶解度，、表示海水中二氧化碳的平衡常数，表示逸度常数，表示温度，表示大气压，表示模拟二氧化碳分压数据，表示海洋总碱度参数。

44、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下所述的方法：

45、基于海洋碳影响因素，构建三维碳循环模型，其中，海洋碳影响因素包括溶解无机碳、溶解有机碳及颗粒有机碳；

46、获取海洋盐度数据，基于海洋总碱度及海洋盐度数据，构建海洋总碱度参数化模型；

47、获取遥感二氧化碳分压数据，将遥感二氧化碳分压数据及海洋总碱度参数化模型耦合至三维碳循环模型中，得到模拟二氧化碳分压模型，进而得到二氧化碳分压数据；

48、基于二氧化碳分压数据，得到海气界面间二氧化碳分压差，基于海气界面间二氧化碳分压差构建模拟海气碳通量模型，进而得到海气碳通量数据。

49、一种基于遥感资料同化的海气碳通量重构装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下所述的方法：

50、基于海洋碳影响因素，构建三维碳循环模型，其中，海洋碳影响因素包括溶解无机碳、溶解有机碳及颗粒有机碳；

51、获取海洋盐度数据，基于海洋总碱度及海洋盐度数据，构建海洋总碱度参数化模型；

52、获取遥感二氧化碳分压数据，将遥感二氧化碳分压数据及海洋总碱度参数化模型耦合至三维碳循环模型中，得到模拟二氧化碳分压模型，进而得到二氧化碳分压数据；

53、基于二氧化碳分压数据，得到海气界面间二氧化碳分压差，基于海气界面间二氧化碳分压差构建模拟海气碳通量模型，进而得到海气碳通量数据。

54、本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

55、通过本发明的方法解决了现有基于遥感资料获取海气碳通量的方法中存在的数据缺失问题，同时还避免了在获取遥感资料过程中的天气状况及环境问题对数据的影响。

56、同时基于本发明的方法，通过数据同化提高了二氧化碳分压计算的准确性，进而提高碳循环相关参数的模拟精度，为海洋研究提供有力支持。