一种基于区域尺度蒸发衰退估计城市蓄水能力的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于区域尺度蒸发衰退估计城市蓄水能力的方法，包括S1、获取区域尺度数据，并基于该数据计算日尺度的城市实际蒸散发；S2、采用若干年的日降水数据估算城市在每次降雨后的干燥时期，并将若干年的干燥时期天数的平均值作为城市整体消耗水分的平均时间；S3、根据日尺度的城市实际蒸散发和干燥时期天数的平均值估算城市蒸发消耗量的平均值。本发明专利技术模型将人类活动下的城市设施和自然生态系统的土壤、湖泊等全部统一考虑，基于蒸散发消耗水分，共同纳入到了城市蓄水的计算和分析当中，不仅考虑到人类活动对城市蓄水的作用，同时考虑到城市绿地、湖泊分布对城市蓄水的作用。的作用。的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区域尺度蒸发衰退估计城市蓄水能力的方法


[0001]本专利技术属于城市蓄水能力的
，具体涉及一种基于区域尺度蒸发衰退估计城市蓄水能力的方法。

技术介绍

[0002]与自然生态系统不同，城市生态系统包括大量人工改造的不透水表面，如屋顶、广场和混凝土或沥青道路。城市不透水表面的变化导致地表能量和水平衡的变化。首先，不透水地表覆盖促进地表径流的产生，并使其快速通过地面和排水系统，这进一步限制了城市蒸散发可用的水资源，产生了间接的城市热岛效应。其次，它增加了城市洪水，这给城市居民造成了严重的灾难，制约了城市的可持续发展。
[0003]已经提出了一系列解决城市水和能源平衡的解决方案，如水敏感城市设计、低影响发展、海绵城市和自然解决方案，这些解决方案都有促进城市储水能力增加的能力。众多基于自然的解决方案之一是在城市或城市周边种植城市树木或安装其他绿色基础设施，以提高城市蓄水能力和减轻集中的城市不透水表面的负面影响。增加城市植被通常在改善热舒适和调节城市水循环方面发挥重要作用。这主要是因为冠层蒸腾是大气水分的重要来源，也是蒸散发(ET)的关键分区之一。ET通过抵消温度和湿度的波动在气候稳定中发挥核心作用，因此在与减缓城市热岛和城市干岛有关的管理决策中至关重要。考虑到植被覆盖对蓄水量的重要性，提高城市蓄水量对城市植被规划提出了更高的要求。因此，以ET为切入点，评估不同植被特征对城市蓄水量的影响，对解决城市水能平衡问题具有重要意义。
[0004]由于城市地表的固有异质性，估算城市的蓄水量仍然具有挑战性。城市有效蓄水量被定义为大气中可用于ET的动态蓄水量，包括土壤湿度、截留降水、地下水和从湖泊到天坑的开放水。该方法能够克服城市地表的异质性，直接根据蒸散发量化城市蓄水量。但该方法采用城市涡动相关方差(EC)测量的蒸散发来估算有效蓄水量，反映了不透水面、植被、开放水域等所有ET来源，但无法分析城市植被和气候之间的比例差异。此外，有限的遗址数量使得解释城市之间的差异变得困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种基于区域尺度蒸发衰退估计城市蓄水能力的方法，以解决由于城市地表的固有异质性，难以估算城市蓄水量的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0007]一种基于区域尺度蒸发衰退估计城市蓄水能力的方法，其包括以下步骤：
[0008]S1、获取区域尺度数据，并基于该数据计算日尺度的城市实际蒸散发；
[0009]S2、采用若干年的日降水数据估算城市在每次降雨后的干燥时期，并将若干年的干燥时期天数的平均值作为城市整体消耗水分的平均时间；
[0010]S3、根据日尺度的城市实际蒸散发和干燥时期天数的平均值估算城市蒸发消耗量
的平均值，该城市蒸发消耗量的平均值即为城市的总体蓄水能力。
[0011]进一步地，步骤S1中计算日尺度的城市实际蒸散发，包括：
[0012]ET＝E
t
+E
b
+E
i
+E
u
[0013]其中，ET为蒸散发，E
t
为冠层蒸腾量，E
b
为土壤蒸发量，E
i
为截流蒸发，E
u
为不透水面蒸发。
[0014]进一步地，根据自然下垫面的植被生态生理特征和土壤水分约束计算土壤蒸发量E
b
和冠层蒸腾量E
t
，包括：
[0015][0016][0017][0018]f
wet
＝RH4[0019]f
APAR
＝m1EVI+b1[0020]f
IPAR
＝m2NDVI+b2[0021][0022][0023][0024]f
trm
＝(1
‑
RH
4(1
‑
VWc)(1
‑
RH)
)f
m
+(RH
4(1
‑
VWc)(1
‑
RH)
)f
trew
[0025][0026][0027][0028][0029][0030]其中，f
wet
为相对表面湿度；f
rew
为土壤水分和土壤性质约束；Δ为温度
‑
饱和水汽压斜率；γ为干湿表常数；R
ns
为表层土壤净辐射；R
nc
是冠层截获的净辐射；G为地面热通量；f
trm
为生态生理标量；θ
obs
为土壤湿度观测值，θ
w
为凋萎系数，θ
fc
为田间持水量；f
g
为绿色冠
层所占比例，f
t
为温度限制因子，f
m
为水分限制因子，f
sm
为土壤水分限制因子，f
APARmax
为f
APAR
的最大值，RH为相对湿度，T
max
为最高气温，T
opt
为植被最佳生长温度，EVI为增强型植被指数，NDVI为归一化植被指数，f
APAR
为被树冠吸收PAR系数，f
IPAR
为被树冠截取PAR系数，PAR为系数是光合有效辐射的比例，RH为相对湿度，VWC为体积含水量，f
trew
为植被蒸腾对土壤水分的敏感性，θ
cr
为土壤水分可用性限制ET的临界土壤水分，为植物生根深度调整后的表层土壤水分凋萎系数，Zr为植物有效根深，Zr
scalar
为根系深度的开方；p为土壤水分有效性对蒸腾的限制因子；PET为潜在蒸散发；a为Zr对θ
cr
施加影响的权重。
[0031]进一步地，植物有效根深的计算，包括：
[0032][0033]θ
p
＝θ
fc
‑
θ
w
[0034]W＝p/PT
[0035][0036]其中，α
r
为平均降雨深度，θ
p
为植物有效含水量，θ
w
为凋萎系数，W为年平均降水量p与潜在蒸腾速率PT之比；
[0037]A的计算公式为：
[0038][0039][0040]WUE＝GPP/ET
[0041]其中，γ
r
为实际根呼吸速率，为20℃时根的呼吸速率，T
a
为空气温度，Q
10
为温度系数，表示温度每升高10℃引起的根呼吸速率变化；RLD为根长密度，SRL为比根长，WUE为初级生产总值GPP与ET的比值，f
GS
为基于叶面积指数的生长季长度分数。
[0042]进一步地，计算所述表层土壤净辐射R
ns
和冠层截获的净辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区域尺度蒸发衰退估计城市蓄水能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取区域尺度数据，并基于该数据计算日尺度的城市实际蒸散发；S2、采用若干年的日降水数据估算城市在每次降雨后的干燥时期，并将若干年的干燥时期天数的平均值作为城市整体消耗水分的平均时间；S3、根据日尺度的城市实际蒸散发和干燥时期天数的平均值估算城市蒸发消耗量的平均值，该城市蒸发消耗量的平均值即为城市的总体蓄水能力。2.根据权利要求1所述的基于区域尺度蒸发衰退估计城市蓄水能力的方法，其特征在于，所述步骤S1中计算日尺度的城市实际蒸散发，包括：ET＝E
t
+E
b
+E
i
+E
u
其中，ET为蒸散发，E
t
为冠层蒸腾量，E
b
为土壤蒸发量，E
i
为截流蒸发，E
u
为不透水面蒸发。3.根据权利要求2所述的基于区域尺度蒸发衰退估计城市蓄水能力的方法，其特征在于，根据自然下垫面的植被生态生理特征和土壤水分约束计算土壤蒸发量E
b
和冠层蒸腾量E
t
，包括：，包括：，包括：f
wet
＝RH4f
APAR
＝m1EVI+b1f
IPAR
＝m2NDVI+b
222
f
trm
＝(1
‑
RH
4(1
‑
VWC)(1
‑
RH)
)f
m
+(RH
4(1
‑
VWC)(1
‑
RH)
)f
trewtrew
其中，f
wet
为相对表面湿度；f
rew
为土壤水分和土壤性质约束；Δ为温度
‑
饱和水汽压斜率；γ为干湿表常数；R
ns
为表层土壤净辐射；R
nc
是冠层截获的净辐射；G为地面热通量；f
trm
为生态生理标量；θ
obs
为土壤湿度观测值，θ
w
为凋萎系数，θ
fc
为田间持水量；f
g
为绿色冠层所占比例，f
t
为温度限制因子，f
m
为水分限制因子，f
sm
为土壤水分限制因子，f
APARmax
为f
APAR
的最大值，RH为相对湿度，T
max
为最高气温，T
opt
为植被最佳生长温度，EVI为增强型植被指数，NDVI为归一化植被指数，f
APAR
为被树冠吸收PAR系数，f
IPAR
为被树冠截取PAR系数，PAR为系数是光合有效辐射的比例，RH为相对湿度，VWC为体积含水量，f
trew
为植被蒸腾对土壤水分的敏感性，θ
cr
为土壤水分可用性限制ET的临界土壤水分，为植物生根深度调整后的表层土壤水分凋萎系数，Zr为植物有效根深，Zr
scalar
为根系深度的开方；e为土壤水分有效性对蒸腾的限制因子；PET为潜在蒸散发；a为Zr对θ
cr
施加影响的权重。4.根据权利要求3所述的基于区域尺度蒸发衰退估计城市蓄水能力的方法，其特征在于，所述植物有效根深的计算，包括：θ
p
＝θ
fc
‑
θ
w
W＝p/PT其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王义成，邵蕊，余晓，蒲立，甘醇，王燕晓，焦醒，李冰，范一为，张秀丽，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：