基于GIS的林冠截留模型.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105912860A(43)申请公布日2016.08.31(21)申请号201610224300.7(22)申请日2016.04.12(71)申请人四川大学地址610065四川省成都市武侯区一环路南一段24号(72)发明人梁煜峰周宏伟周家文弓瑞霍苗王佳美(74)专利代理机构北京方圆嘉禾知识产权代理有限公司11385代理人董芙蓉(51)Int.Cl.G06F19/00(2011.01)权利要求书1页说明书3页(54)发明名称基于GIS的林冠截留模型(57)摘要本发明涉及一种林冠截留模型，具体为基于GIS的林冠截留模型，根据流域的实际情况，结合GIS提取的不同植被类型分布及所占百分比，加权平均后求得参数森林郁闭度σ、叶面积指数枝叶浸湿水层厚hw。本发明提供的基于GIS的林冠截留模型，从树冠截留的物理过程出发，建立了暴雨条件下林冠截留模型，参数的个数少，并且结合GIS技术，实现林冠截留的非参数求解，提高了该模型应用范围和计算准确性。CN105912860ACN105912860A权利要求书1/1页1.基于GIS的林冠截留模型，其特征在于，一次完整的林冠截留量S由下式求得：式中：hw为枝叶浸湿水层厚，mm；E为蒸发强度，mm/h；P为降雨量，mm；为叶面积指数；σ为森林郁闭度；根据流域的实际情况，结合GIS提取的不同植被类型分布及所占百分比，加权平均后求得参数森林郁闭度σ、叶面积指数枝叶浸湿水层厚hw。2CN105912860A说明书1/3页基于GIS的林冠截留模型技术领域[0001]本发明涉及一种林冠截留模型，具体为基于GIS的林冠截留模型。背景技术[0002]降落到森林中的雨滴，一部分首先落在树木的叶、枝、干等树体表面，由于表面张力和重力的均衡作用而被吸附，或者积蓄在枝、叶的分叉处被保留下来。被保留的雨水一部分直接蒸发到大气中，但随着降雨的继续，保留雨量不断增加，当其达到一定数量后，表面张力和重力失去均衡，其中一部分自然地或由于风的吹动面从树上滴落，一部分或者从叶转移到技、从枝转移到树干而流到林地地面，前者的量称为树冠滴下雨量，后者的量称为茎流雨量。降雨一旦停止，树上的保留雨量逐渐通过蒸发而散失。降落到森林中的雨滴还有一部分未接触树体，而直接穿过树冠间隙落到林床上，这一部分雨量称为林冠通过雨量。把滴下量和通过量加在一起，即通常所说的林内雨量。[0003]从树冠截留的物理过程可知，一次降雨过程中，树冠截留量S包括两部分：树木枝叶吸附的水量S1，以及降雨过程中树木枝叶蒸发量S2。降雨初期，降雨量很小，降下的雨量被树冠上层树木枝叶几乎吸附了大部水量，部分蒸发返回空中，部分穿透枝叶空隙形成林间穿透雨，随着降雨的持续，所有树木枝叶吸足水量，同时蒸发与枝叶吸附作用达到动态平衡，此后枝叶吸附量不再随降雨增加而增加，这种状态持续至降雨停止时。因此，一次雨量较大的降雨，到降雨停止时树冠保持的水量，即为树冠最大吸附量(多数文献称为截留容量)Sm。需指出的是，树冠截留容量不是树冠最大截留量，后者还包括树冠蒸发，而树冠蒸发与树冠供水条件(降雨量)和蒸发能力均有关。[0004]现有林冠截留模型中较为常见的有：Gash模型和经验模型。其中，经验模型因其成因简单，应用较为广泛。Gash模型是1979年由Gash提出的第一个具有物理机制的截留模型。原始Gash模型的基本假定就是：相邻次降雨之间要间隔足够长的时间，使得森林冠层以及枝干在次降雨之间保持充分干燥，即，次降雨开始前截留量均为零。发展到20世纪，该模型在针叶林、热带雨林、灌木林等多种森林类型均取得了良好的效果。20世纪末，经Gash等改进后，模型加入了森林郁闭度的影响。Gash模型涉及到的参数较多，对输入数据的要求也高。且参数的取值大多需通过实测、实验或统计数据，部分参数敏感性较高。因此，Gash模型虽然具有计算简单、实用性强等特点，但参数获取难度较大，参数调试的不确定性影响也较大。[0005]另外，经验模型的提出大多是基于实测数据，以概率论和数理统计为基础而建立的回归模型。这类模型目前也是国内应用较为广泛的模型。模型建立常将研究区截留量I与降雨量P建立一元关系式，基本形式为I＝aPb。该类模型严格根据实测研究区数据做为拟合公式的支撑，无需复杂的理论推导和数据运算，操作起来较为简便。正如经验模型建立的条件，虽然经验模型的建立是基于实测数据，且无需理论推导，只需根据实测数据拟合曲线。但正是由于建立条件的限制，离开了研究区，模型就很难推广应用。由于流域下垫面条件的相似性本身具有确定性和不确定性，即使应用于相似流域的林区，也无法简单移用模型，而3CN105912860A说明书2/3页是需要大量相似性论证后才能修正后移用。发明内容[00