量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法及系统

本发明属于干旱胁迫，具体公开了一种量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法及系统。

背景技术：

1、低土壤水分供应(土壤湿度胁迫)和高大气水分需求(大气干旱胁迫)被认为是植被损失的两个主要驱动因素，这可能对农业生产造成重大威胁，并导致广泛的树木死亡。最近也有研究表明，陆地生态系统未来碳汇的能力高度依赖于土壤湿度和大气干旱对生态系统碳通量的影响。因此，准确了解土壤湿度胁迫和大气干旱胁迫对生态系统造成的影响对于管理干旱风险和应对气候变化的不确定性至关重要。

2、由于土壤水分是植物的直接蓄水处，其决定了植物的根系可以提取的水量。因此，低降水量或者低的土壤湿度最常被用来识别对植被的胁迫，已有多项研究证实了其可靠性，故现有技术中通常使用土壤湿度(soil moisture，简称sm)表征土壤湿度胁迫；饱和水汽压差即饱和蒸汽压与实际蒸汽压之差，是影响气孔导度进而影响光合作用的重要因素。高的饱和水汽压差可能会诱导植物关闭气孔以此来减小叶片上的水分流失，且高的饱和水汽压差将会限制植物的光合作用。有研究表明饱和水汽压差在对生态系统水量和碳通量的影响程度上比土壤湿度胁迫更强。还有一些研究表明，饱和水汽压差的增加对植被生产力、森林死亡率、作物产量和全球陆地碳汇产生了实质性的影响。考虑到全球变暖的背景，饱和水汽压差将在控制全球生态系统、碳和水交换方面发挥越来越大的作用，因此，现有技术多采用饱和水汽压差(vapor pressure deficit，简称vpd)表征大气干旱胁迫。

3、现有技术关于土壤湿度胁迫和饱和水汽压差对植被影响的争论在于土壤湿度胁迫和饱和水汽压差之间存在的强耦合关系。因此，探究土壤湿度胁迫和高饱和水汽压差的交互作用并识别其对植被的单独影响，对于解析生态系统对气候的响应机制具有重要意义。为了解释土壤湿度胁迫和大气干旱胁迫对生态系统的影响，liu等提出了一种“分箱解耦方法”，该方法将土壤湿度和饱和水汽压差依次进行分箱，将土壤湿度和饱和水汽压差进行解耦，可以得到单独作用。yu等采用“分箱解耦方法”明晰了土壤湿度和饱和水汽压差对生态系统的影响。也有研究通过陆气耦合模型解耦了土壤湿度和大气干旱胁迫对植被的影响。

4、综上，以往解耦土壤湿度胁迫和大气干旱胁迫对植被影响的方法多为分箱解耦方法和陆气耦合模型构建的方法，其具有不确定性，且驱动复杂，同时仅可以解耦全序列的交互作用，难以获得不同干旱状态下关于土壤湿度和饱和水汽压差对植被的交互作用为促进作用还是抑制作用以及二者对植被的单独作用情况，导致根据所得结果解析生态系统对气候的响应机制不精确。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法及系统，以解决现有确定多干旱胁迫对植被交互作用的量化方法存在不确定性高，驱动复杂等问题，导致根据所得结果解析生态系统对气候的响应机制不精确的技术问题。

2、本发明的第一方面提供了一种量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法，包括：

3、步骤1、获取每种干旱状态下，研究区域的两种干旱参数与植被损失之间的条件概率；

4、步骤2、根据条件概率确定对应干旱状态下对应干旱参数带来的干旱胁迫对植被的交互作用数值；

5、步骤3、根据所述交互作用数值分别确定对应干旱状态下每种干旱参数带来的胁迫对植被的单独作用数值。

6、优选地，所述步骤1具体包括：

7、获取每种干旱状态下，研究区域的第一干旱参数与植被损失之间的第一条件概率、第二干旱参数与植被损失之间的第二条件概率以及第一干旱参数、第二干旱参数与植被损失三者之间的第三条件概率；

8、则所述步骤2具体为：

9、根据所述第一条件概率、第二条件概率和第三条件概率，确定对应干旱状态下第一干旱参数带来的胁迫和第二干旱参数带来的胁迫对植被的交互作用数值。

10、优选地，所述步骤2具体包括：

11、获取所述第一条件概率和所述第二条件概率之和，记为中间值；

12、获取所述中间值与所述第三条件概率的差值，得到对应干旱状态下第一干旱参数带来的胁迫和第二干旱参数带来的胁迫对植被的交互作用数值。

13、优选地，根据所述交互作用数值分别确定对应干旱状态下每种干旱参数带来的胁迫对植被的单独作用数值，具体包括：

14、获取所述第一条件概率与所述交互作用数值之间的差值，得到第一干旱参数带来的胁迫对植被的单独作用数值；

15、获取所述第二条件概率与所述交互作用数值之间的差值，得到第二干旱参数带来的胁迫对植被的单独作用数值。

16、优选地，所述第三条件概率是结合藤copula函数确定的。

17、优选地，在所述步骤3之后，还包括：

18、根据所述交互作用数值和第一干旱参数带来的胁迫对植被的单独作用数值确定第一干旱参数带来的胁迫对植被的作用方向；

19、所述作用方向为促进或抑制。

20、优选地，在所述步骤3之后，还包括：

21、根据所述交互作用数值和第二干旱参数带来的胁迫对植被的单独作用数值确定第二干旱参数带来的胁迫对植被的作用方向；

22、所述作用方向为促进或抑制。

23、优选地，所述干旱状态包括轻度干旱、中度干旱、重度干旱和特大干旱；

24、当所述第一干旱参数为土壤湿度，所述第二干旱参数为饱和水汽压差时，所述轻度干旱为土壤湿度小于40百分位且饱和水汽压差大于60百分位；

25、所述中度干旱为土壤湿度小于30百分位且饱和水汽压差大于70百分位；

26、所述重度干旱为土壤湿度小于20百分位且饱和水汽压差大于80百分位；

27、所述特大干旱为土壤湿度小于10百分位且饱和水汽压差大于90百分位。

28、优选地，所述植被损失为植被小于或等于50百分位。

29、本发明的第二方面提供了一种量化双干旱胁迫对植被交互作用的系统，包括概率获取模块、交互作用模块和单独作用模块；

30、所述概率获取模块用于获取每种干旱状态下，研究区域的两种干旱参数与植被损失之间的条件概率；

31、所述交互作用模块用于根据条件概率确定对应干旱状态下对应干旱参数带来的干旱胁迫对植被的交互作用数值；

32、所述单独作用模块用于根据所述交互作用数值分别确定对应干旱状态下每种干旱参数带来的胁迫对植被的单独作用数值。

33、本发明的量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法及系统，相较于现有技术，具有如下有益效果：

34、本发明基于交并集思想构建了量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法及系统，该方法及系统可以得到不同干旱状态下交互作用的大小及方向以及解耦后干旱参数对植被的单独作用大小及方向，所得结果更为全面准确，从而可明确生态系统对气候的响应机制。

技术特征：

1.一种量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

3.根据权利要求2所述的量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

4.根据权利要求2所述的量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法，其特征在于，根据所述交互作用数值分别确定对应干旱状态下每种干旱参数带来的胁迫对植被的单独作用数值，具体包括：

5.根据权利要求2所述的量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法，其特征在于，所述第三条件概率是结合藤copula函数确定的。

6.根据权利要求2-5任一项所述的量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法，其特征在于，在所述步骤3之后，还包括：

7.根据权利要求2-5任一项所述的量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法，其特征在于，在所述步骤3之后，还包括：

8.根据权利要求2所述的量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法，其特征在于，所述干旱状态包括轻度干旱、中度干旱、重度干旱和特大干旱；

9.根据权利要求1所述的量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法，其特征在于，所述植被损失为植被小于或等于50百分位。

10.一种量化双干旱胁迫对植被交互作用的系统，其特征在于，包括概率获取模块、交互作用模块和单独作用模块；

技术总结本发明属于干旱胁迫技术领域，公开了一种量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法及系统，其中方法包括获取每种干旱状态下，研究区域的两种干旱参数与植被损失之间的条件概率；根据条件概率确定对应干旱状态下对应干旱参数带来的干旱胁迫对植被的交互作用数值；根据交互作用数值分别确定对应干旱状态下每种干旱参数带来的胁迫对植被的单独作用数值。本发明基于交并集思想构建了量化双干旱胁迫对植被交互作用的方法及系统，该方法及系统可以得到不同干旱状态下交互作用的大小及方向以及解耦后干旱参数对植被的单独作用大小及方向，所得结果更为全面准确，从而可明确生态系统对气候的响应机制。技术研发人员：魏晓婷,黄生志,黄强,蒋云钟,冷国勇,佘敦先,史海匀,邓铭江,郭雯雯,刘东受保护的技术使用者：西安理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29