[发明专利]一种基于瞬时光合速率积分的“天”尺度初级生产力的估测方法

摘要

一种基于瞬时光合速率积分的“天”尺度初级生产力的估测方法，包括：1）瞬时光合速率的计算：通过耦合瞬时光合速率、胞间CO2浓度，气孔导度之间关系的公式，构建三次方程，求算瞬时光合速率；2）瞬时气象数据模拟：用温度和辐射日变化遵循正弦变化的特征，利用正弦函数模拟气象瞬时气象；3）“天”尺度初级生产力积分计算：将模拟的气象数据代入1）中求解的瞬时光合速率，构成以时间为变量的函数，利用梯形或是辛普森公式对时间进行积分，获得“天”尺度的初级生产力。本发明利用气象数据日变化规律特征，并结合瞬时光合速率计算公式、测量精度高。

主权项

1.一种基于瞬时光合速率积分的“天”尺度初级生产力的估测方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：1）瞬时光合速率的计算：Anet,c=VcmaxCi-Γ*Ci+Kc(1+[O2/Ko])-Rd---(1a)]]>和Anet,j=JCi-Γ*4(Ci-2Γ*)-Rd---(1b)]]>式中，A_net,c和A_net，j分别表示羧化酶限制下和光限制下光合作用速率，单位为μmol m^-2s^-1；V_cmax表示羧化作用率的最大值，单位是μmol m^-2s^-1；J表示光合电子传递率，单位是μmol m^-2s^-1；C_i和[O₂]表示细胞间CO₂和氧气浓度；Γ^*表示没有暗呼吸时的CO₂补偿点；K_c和K_o分别表示CO₂和O₂的Michaelis-Menten常量；R_d是白天叶片的暗呼吸量，通过R_d=0.015V_cmax，将A_net,c and A_net，j写为统一的代数形式如下：Anet=aCi-adeCi+b-Rd---(1c)]]>式中，a,b,c,和d通过与式（1）和（2）对比获得；A_net and C_i通过下式描述：Ci=Cs-Anetgs---(2)]]>Cs=Ca-Anetgb---(3)]]>光合速率与气孔导度的关系可以通过下式描述：gs=mAhsCs+b′---(4)]]>式中g_s为气孔导度(mol m^-2s^-1)，m是与植被物种有关的经验系数，h_s是叶片表面的大气相对湿度，C_s是叶片表面的CO₂浓度，b′是叶片暗呼吸引起的经验常数；上述公式（1a）~（4）构建了一个光合速率的三次方公式，通过求解这个公式，获得三个根，其中在自然条件下，第三个根对应正确的解，其形式如下：Anet=-2p2-3q9cos(acos(2p3-9pq+27r2(p2-3q)3+4π)3)-p3---(5a)]]>p=eβ+bθ′-aα+eαRdeα---(5b)]]>q=eγ+bγCa-aβ+adθ′+eRdβ+Rdbθ′eα---(5c)]]>r=-aγ+adγCa+eRdγ+RdbγCaeα---(5d)]]>式中β＝C_a(g_bmh_s-2b′-g_b),and θ′＝g_bmh_s-b′.在公式(5a)-5(d)中，气象要素辐射、温度、相对湿度是计算瞬时光合速率的最终输入变量；2）基于气象数据日变化特征的瞬时气象数据模拟：模拟辐射和温度的瞬时数据，温度的日变化数据如下Tt=Tmin+(Tmax-Tmin)sin[π(t-trise-a)tset-trise]---(6a)]]>式中T_t是t时刻的瞬时温度，T_max是日最高温度，T_min是日最低温度，t_rise是日出时间t_set是日落时间，a是最高温度出现时间与当地正午时间的时滞；对于一天的瞬时辐射，通过下式表示：Rt=Rnoonsin[π(t-trise)tset-trise]=πRdaily2sin[π(t-trise)tset-trise]---(7)]]>式中R_t是t时刻的瞬时辐射，R_noon是中午时刻的辐射，t_set-t_rise是日长，R_daily是日总辐射；3）“天”尺度初级生产力积分计算：将式(6a)或(6b)和式(7)与（5a）结合获得唯一变量时间t的函数，然后对时间t进行积分，公式如下：GPPdaily=∫trisetsetAnetdt=∫trisetset(-2p2-3q9cos(acos(2p3-9pq+27r2(p2-3q)3+4π)3-p3)dt---(8)]]>式中p,q,r与(5b)-(5d)中相同，使用数值积分方法获得“天”尺度的初级生产力的数值。