【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及湖库碳输运模拟，具体而言，涉及一种基于navier-stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法。
技术介绍
1、湖库碳输运模拟是环境科学和地球系统科学中的一个重要领域，它涉及到碳在湖泊和水库中的吸收、释放、转化和储存。现有的湖库碳输运模拟方法可以根据其模拟目的与聚焦环节大致分为经验模型和过程模型。
2、（1）经验模型
3、基于直接的观测数据，对特定系统进行参数化，计算较为简单；对于数据丰富的湖库系统，能够提供相对准确的碳通量估计。模型依赖于特定湖库的数据，难以应用于数据稀缺或未被研究的系统，即泛化能力弱；在计算过程中对一些参数进行了简化处理，往往忽略了许多影响碳输运的复杂过程。
4、（2）过程模型
5、能够模拟碳循环的关键过程，如光合作用、呼吸作用、降解和沉积。但通常专注于描述系统中特定的物理或化学过程，如碳循环中的生物化学反应、随流输运、温度变化等。
技术实现思路
1、本专利技术的目的包括提供了一种基于navier-stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其能够综合分析以阐明各形态碳在湖库的运输特征，揭示水库典型调度情景下湖库系统总碳浓度的源汇过程。
2、本专利技术的实施例可以这样实现：
3、本专利技术提供一种基于navier-stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，所述方法包括：
4、s1：基于navier-stokes方程构建湖库水体流动的数学模型；
5、s2：在所
6、s3：对源项数学化表达式进行参数化处理；
7、s4：求解源项数学化表达式。
8、在可选的实施方式中，在s1中，所述数学模型的表达式如下：
9、
10、其中，b为水体宽度；φi为水温或总碳浓度；u为纵向流速；w为垂向流速；dx为纵向离散系数；x为纵向长度；dz为垂向离散系数；z为垂向长度；qi为单元控制体侧向热量或总碳出入流的速率；si为源汇项；t为时间。
11、在可选的实施方式中，在s2中，所述源项数学化表达式如下：
12、
13、其中， stc为碳输运过程的源汇项； klc为co2的界面交换系数； knet respiration为初级生产力的净呼吸速率项； kgrowth为初级生产力的生长速率项； δpd为初级生产力的碳化学计量系数； kmicro为微生物降解的co2释放速率； kphoto为光化学降解的co2释放速率； ksed为沉积物的释放速率； asur为表面水体面积； vsur为水体体积；为co2饱和浓度；为co2浓度； γpd、 γmicro、 γphoto、 γsed分别为初级生产力作用、微生物降解、光化学降解和沉积物释放过程的温度修正项； φpd、 φmicro、 φphoto、 φsed分别为初级生产力作用、微生物降解、光化学降解和沉积物释放过程的碳浓度。
14、在可选的实施方式中，s3包括：
15、开展系列原位黑白瓶实验与室内培育实验，通过控制变量的实验方法，逐一确定初级生产力、微生物降解、光化学降解过程的关键参数。
16、在可选的实施方式中，s3包括：
17、设置两组室内培育实验，一组在培育前通过高压蒸汽灭菌的形式对培育沉积物及水体进行灭活，另一组为培育活性沉积物及水体，测试计算co2释放速率，分别记为k灭、k活，微生物降解的co2释放速率kmicro=k灭-k活。
18、在可选的实施方式中，s3包括：
19、设置白瓶实验组与黑瓶实验组，使用灭火沉积物及水体进行实验，测试计算co2释放速率，分别记为k白、k黑，光化学降解的co2释放速率kphoto=k白-k黑。
20、在可选的实施方式中，s3包括：
21、设置白瓶实验组与黑瓶实验组，使用活性沉积物及水体进行实验，测试计算co2释放速率，分别记为k白’、k黑’，初级生产力的co2释放速率（knet respiration-kgrowth）=k白’-k黑’。
22、在可选的实施方式中，s4包括：
23、采用有限差分法对所述源项数学化表达式进行求解，获取碳在湖库中的输运动态，即碳输运过程的源汇项。
24、本专利技术实施例提供的navier-stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法的有益效果包括：
25、1）方法采用经验证后的多场耦合碳输运的数学模型，以水库实际调度运行结果为边界条件，模拟获得典型情景下碳输运的高精度动态时空分布格局信息，结合历史原位观测的资料，开展对关键时间节点、空间位置各形态碳分布规律的监测工作，综合分析以阐明各形态碳在湖库的运输特征，揭示水库典型调度情景下湖库系统总碳浓度的源汇过程。
26、2）碳循环研究：可用于研究全球变暖和人类活动对湖库碳循环的影响。
27、3）环境管理：为湖库的环境管理和生态修复提供科学依据，如评估碳减排措施的效果。
28、4）教育与培训：作为教育工具，帮助学生和研究人员理解湖库碳循环的复杂性。
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1.一种基于Navier-Stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于Navier-Stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其特征在于，在S1中，所述数学模型的表达式如下：
3.根据权利要求1所述的基于Navier-Stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其特征在于，在S2中，所述源项数学化表达式如下：
4.根据权利要求3所述的基于Navier-Stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其特征在于，S3包括：
5.根据权利要求4所述的基于Navier-Stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其特征在于，S3包括：
6.根据权利要求4所述的基于Navier-Stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其特征在于，S3包括：
7.根据权利要求4所述的基于Navier-Stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其特征在于，S3包括：
8.根据权利要求1所述的基于Navier-Stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其特征在于，S4包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于navier-stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于navier-stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其特征在于，在s1中，所述数学模型的表达式如下：
3.根据权利要求1所述的基于navier-stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其特征在于，在s2中，所述源项数学化表达式如下：
4.根据权利要求3所述的基于navier-stokes方程的湖库碳输运动态模拟方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：何文艳，范骢骧，张红，王皓冉，陈永灿，
申请(专利权)人：天府永兴实验室，
类型：发明
国别省市：
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