一种河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法技术方案

一种河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法，包括以下步骤：1）基于不同类型的河流，构建河流的基本参数数据库和arcGIS矢量图；2）构建河流溶解氧变化与河流生态系统呼吸的关系模型，dC/dt=

【技术实现步骤摘要】
一种河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法


[0001]本专利技术涉及水生态系统碳排放
，特别是涉及一种河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法。

技术介绍

[0002]对于河流系统温室气体排放通量的测定技术，主要包括漂浮通量箱观测技术、河流溶存温室气体浓度结合水气界面气体扩散系数计算排放通量技术等。通量箱技术在测定河流系统温室气体排放时，主要存在以下三个严重缺陷：第一，通量箱测定技术隔绝了风速对气体扩散的影响，导致结果偏低；第二，通量箱技术通常适合相对静止的水体，对于流动的河流水体，由于河流的连续流动，漂浮通量箱观测到的是一个不断变化的通量，不确定性大。第三，通量箱在野外的操作复杂，对于大河水体不合适，特别是难以反映河流的昼夜变化等需要高频次的观测。河流溶存温室气体浓度结合水气界面气体扩散系数计算排放通量技术，目前是国内外普遍采用的河流水体温室气体的获取技术，所得结果也得到了IPCC等国际组织的完全认可。但运用该技术的一个关键问题是如何获取河流水气界面气体扩散系数。目前，国内外获取水气界面气体扩散系数的技术主要是根据河流的物理参数进行计算，这些物理参数包括风速、河流坡度、流速等。然而，这种技术方案都是根据瞬时的实测数值进行获取，在高分辨率的时空尺度上存在明显差异，给河流温室气体排放估算造成不确定性。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法，针对流域尺度上不同土地利用类型的河流，分析不同河流水气界面气体扩散系数变化的时空差异、统计分布和主要控制因素，在流域尺度上构建水气界面气体扩散系数的统一适用模型，精准科学获取河流温室气体排放的水气界面气体扩散系数。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供的河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法，包括以下步骤：1）基于不同类型的河流，构建河流的基本参数数据库和arcGIS矢量图；2）构建河流溶解氧变化与河流生态系统呼吸的关系模型，dC/dt =
ꢀ‑ꢀ
ER
ꢀ±ꢀ
K(O2)
ꢀ×ꢀ
AOU，其中，dC/dt是氧的变化，
‑
ER是河流生态系统呼吸，AOU是河流表观耗氧量，K(O2)是河流溶解氧的扩散系数；3）根据所述关系模型，通过数值解析得到河流溶解氧扩散系数；4）基于所述溶解氧的扩散系数，得到通用的水气界面气体扩散系数。
[0005]进一步地，所述1）的步骤，还包括，基于对流域多河流在线监测，获得河流的基本参数、溶解氧数据、水温数据，以及
河流的关键参数；所述河流的基本参数，包括：汇水面积、河流长度、宽度、深度、流速、坡度参数；所述关键参数，包括：溶解氧利用效率、溶解氧变化速率。
[0006]进一步地，所述溶解氧数据，为夜晚相同时间间隔的三次以上监测数据。
[0007]进一步地，所述4）的步骤，进一步包括：采用如下河流溶解氧的扩散系数和水气界面气体扩散系数的函数关系，获得通用的水气界面气体扩散系数，K
600
= K(O2)
×
(Sc
O2
/600）
2/3
，其中，K
600
为水气界面气体扩散系数，K(O2)为河流溶解氧的扩散系数，Sc
O2
为河流溶解氧的施密特数。
[0008]进一步地，还包括：基于特定河流的环境因素，选择水气界面气体扩散系数的修正参数，通过统计分析以及蒙特卡洛分析技术获得修正参数值；根据对水气界面气体扩散系数与修正参数的关系，得到水气界面气体扩散系数的修正数值。
[0009]进一步地，在水温的影响下，运用蒙特卡洛方法建立如下水气界面气体扩散系数与修正参数的关系，K
600
= K
600
’
θ^(t
‑
20)，其中，K
600
为水气界面气体扩散系数，K
600
’
为水气界面扩散系数均值，θ为水温修正参数，t为水温。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有在所述处理器上运行的程序，所述处理器运行所述程序时执行如上所述的河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法的步骤。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法。
[0012]本专利技术的河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法，与现有技术相比较，具有如下的技术有点：（1）针对流域尺度上不同土地利用类型的河流，构建了河流溶解氧变化与河流生态系统呼吸的关系，基于数值解和统计分析技术手段，得到河流水气界面气体扩散系数，克服了对大尺度流域河流温室气体扩散系数获取的难度，提高了气体扩散系数模拟的精度。
[0013]（2）针对河流的地形地貌特征差异性大，气候变化不确定大，气体扩散系数获取难度大等特点，构建了适合各类河流通用的气体扩散系数模型，可用于精准估算河流温室气体排放通量，提高了河流以及其它地表水体温室气体排放估算的可行性。
[0014]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
附图说明
[0015]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本专利技术的
实施例一起，用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为根据本专利技术的河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法流程图；图2为根据本专利技术的河流温室气体扩散系数的变化范围和分布图；图3为根据本专利技术实施例的电子设备结构示意图。
具体实施方式
[0016]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0017]本专利技术河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法，基于流域尺度上不同类型河流，构建河流的基本参数数据库以及河流arcGIS矢量图；基于流域多河流在线监测获得的高频次溶解氧、水温等数据，构建溶解氧利用效率、溶解氧变化速率等关键参数；构建河流生态系统呼吸、溶解氧利用效率与溶解氧变化速率的函数关系，通过高频次的逐日监测数据，运用马尔科夫链
‑
蒙特卡洛方法，解析溶解氧扩散系数；运用水环境特定气体的施密特数关系，获取河流气体排放的水气界面气体扩散系数（K
600
）；分析流域尺度上的不同类型河流的气体排放的水气界面气体扩散系数（K
600
）的时空变化，构建影响水气界面气体扩散系数（K
600
）的多参数模型。
[0018]实施例1图1为根据本专利技术的河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法流程图，下面将参考图1，对本专利技术的河流系统温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法，包括以下步骤：1）基于不同类型的河流，构建河流的基本参数数据库和arcGIS矢量图；2）构建河流溶解氧变化与河流生态系统呼吸的关系模型，dC/dt =
ꢀ‑ꢀ
ER
ꢀ±ꢀ
K(O2)
ꢀ×ꢀ
AOU，其中，dC/dt是氧的变化，
‑
ER是河流生态系统呼吸，AOU是河流表观耗氧量，K(O2)是河流溶解氧的扩散系数；3）根据所述关系模型，通过数值解析得到河流溶解氧扩散系数；4）基于所述溶解氧的扩散系数，得到通用的水气界面气体扩散系数。2.根据权利要求1所述的河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法，其特征在于，所述1）的步骤，还包括，基于对流域多河流在线监测，获得河流的基本参数、溶解氧数据、水温数据，以及河流的关键参数；所述河流的基本参数，包括：汇水面积、河流长度、宽度、深度、流速、坡度参数；所述关键参数，包括：溶解氧利用效率、溶解氧变化速率。3.根据权利要求2所述的河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法，其特征在于，所述溶解氧数据，为夜晚相同时间间隔的三次以上监测数据。4.根据权利要求1所述的河流系统温室气体排放的气体扩散关键参数获取方法，其特征在于，所述4）的步骤，进一步包括：采用如下河流溶解氧的扩散系数和水气界面气体扩散系数的函数关系，获得通用的水气界面气体扩散系数，K
600 = K(O2)
×
(Sc
O2
/600）
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【专利技术属性】
技术研发人员：晏维金，王芳，田思雨，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：