CN115239175A - 一种陆地生态系统生产总值的快速估算方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种陆地生态系统生产总值的快速估算方法及其系统，其中，陆地生态系统生产总值的快速估算方法，包括如下步骤：确定评估区域，根据评估区域获取评估区域范围；获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行预处理，获得待计算数据，其中，待计算数据至少包括：遥感影像、数字高程模型数据、土壤数据、气象数据和归一化植被指数数据；输入待计算数据，通过计算模型对待计算数据进行计算，获得价值量，其中，价值量至少包括：土壤保持价值、产品供给价值、固碳释氧价值、气候调节价值和水源涵养价值；对价值量进行汇总，获得陆地生态系统生产总值。本申请具有能够实现自动估算所选区域的陆地生态系统生产总值的技术效果。
Description
技术领域
本申请涉及生态科学计算技术领域，尤其涉及一种陆地生态系统生产总值的快速估算方法及其系统。
背景技术
生态系统生产总值(Gross Ecosystem Product，GEP)核算，是指对生态系统为人类生存与福祉提供的产品和服务的经济价值进行分析评价，是生态系统产品价值、生态系统调节服务价值和生态系统文化服务价值的总和。通过建立GEP核算，评估森林、草原、荒漠、湿地和海洋等自然生态系统，以及农田、牧场、水产养殖场和城市绿地等人工生态系统的生产总值，来衡量和展示生态系统的状况及其变化。GEP核算有助于正确反映各区域生态系统的发展现状，能有效提高人们对生态系统服务功能的认知程度，尤其是有助于深化对位于生态屏障区的森林和水源等生态系统在吸收/储存碳、释放氧气、大气净化、气候调节、水源涵养、土壤保持和保护生物多样性等调节服务方面的巨大价值和贡献，进而提升公众的生态文明意识。生态系统服务价值的核算是当前推进落实生态产品价值实现机制、生态补偿制度等的实施的关键。
为落实推进相关政策，各省市正在加快陆地生态系统生产总值的核算工作，但实际上，由于生态系统涉及的要素众多(如：森林、草原、荒漠、湿地和海洋等自然生态系统，以及农田、牧场、水产养殖场和城市绿地等)，因此，要对一个省/一个市进行GEP的全面核算往往需要经过调查问卷、实地走访、对五花八门的模型的相关参数进行实际试验验证，以及收集大量的资料才能完成，需要耗费大量的人力、物力和时间。故而全国只有少数市、区，以及国家公园级别的地区能完成相关工作。另外，由于各省市的统计年鉴一般次年才会公布，受限于传统GEP核算方法涉及的数据的更新频率以及经费的不足，一般富裕的地区也得五年或者最少三年核算一次，远远跟不上将生态产品价值核算结果纳入政府决策和考核的要求，以及日新月异的政策和技术带来的人们对生态系统服务价值变化的认知要求。
目前，核算生态系统生产总值的方法中还存在如下问题：
(1)生态系统生产总值(GEP)的核算方法需要从数据库分别获取与自然核算指标对应的自然核算数据、与人居核算指标对应的人居核算数据；根据自然核算数据计算得到自然生态系统对应的自然生产价值，根据人居核算数据计算得到人居环境生态系统对应的人居生产价值；根据自然生产价值和人居生产价值计算得到待评估区域对应的生态系统生产总值。但该方法需要基于大数据的统计，受限于数据库内对人居数据的更新频率，至少一年或者几年才能核算一次，费用高，且时效低。
(2)地块生态系统生产总值的可视化呈现方法需要选取固定地块，制定固定地块的生态产品清单并获取相关数据，得到第一数据，相关数据包括遥感数据、基础地理数据、文献资料、统计年鉴、气象数据；根据可视化方法对第一数据按照生态产品清单进行价值量计算，得到第二数据，生态产品清单包括物质产品、调节服务、文化服务；根据第二数据并通过栅格计算器将物质产品的价值量、调节服务的价值量、文化服务的价值量进行叠加计算，得到固定地块的生态系统生产总值图像。但该方法的缺点在于需要选取固定的地块，并需要人工耗费大量的时间，人力和金钱去获取大量基础数据，不能实现全自动核算。
发明内容
本申请的目的在于提供一种陆地生态系统生产总值的快速估算方法及其系统，具有能够实现自动估算所选区域的陆地生态系统生产总值的技术效果。
为达到上述目的，本申请提供一种陆地生态系统生产总值的快速估算方法，包括如下步骤：确定评估区域，根据评估区域获取评估区域范围；获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行预处理，获得待计算数据，其中，初始数据至少包括：初始遥感影像、初始数字高程模型数据、初始土壤数据、初始气象数据和初始归一化植被指数数据；待计算数据至少包括：遥感影像、数字高程模型数据、土壤数据、气象数据和归一化植被指数数据；输入待计算数据，通过计算模型对待计算数据进行计算，获得价值量，其中，价值量至少包括：土壤保持价值、产品供给价值、固碳释氧价值、气候调节价值和水源涵养价值；对价值量进行汇总，获得陆地生态系统生产总值。
如上的，其中，获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行预处理，获得待计算数据的子步骤如下：获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行裁剪，获得裁剪数据；对裁剪数据进行统一分辨率处理，获得待计算数据。
如上的，其中，计算模型包括：第一模型、第二模型、第三模型、第四模型和第五模型；其中，第一模型：用于计算土壤保持价值；第二模型：用于计算产品供给价值；第三模型：用于计算固碳释氧价值；第四模型：用于计算气候调节价值；第五模型：用于计算水源涵养价值。
如上的，其中，第一模型的表达式如下：
如上的，其中，第二模型的表达式如下：Vm＝(a×SNDVI+b)×Pw；其中，Vm为产品供给价值；a、b均为调节系数；Pw为物质产品的价格；SNDVI为所有读取归一化植被指数获得的值的和。
如上的，其中，第三模型的表达式如下：Vcf＝Qco2×Cc+Qop×Co；其中，Vcf为固碳释氧价值；Qco2为生态系统的固碳量；Cc为采用固碳价值造林法为标准的固碳成本；Co为工业制氧价格；Qop为生态系统的释氧量。
如上的，其中，第四模型的表达式如下：
其中，Vtt为气候调节价值；vt为森林、草地和湿地的降温价值；vm为湿地的增湿价值；GPPi为植被的总初级生产力，i∈[1,n]，i为生态系统类型的编号，n为生态系统类型的总数；γ为有机质能量转化系数；Pew为研究区内蒸散量的总和；Pe为电价。
如上的，其中，第五模型的表达式如下：
其中，θi＝-0.3187×f+0.36403；其中，Vw为水源涵养价值；f为植被覆盖度；Cw为水库单位库容的造价及库容成本；Ai为第i类生态系统的面积；θ0为产流降雨条件下裸地降雨径流系数；θi为第i类生态系统的径流系数；ETi为第i类生态系统的蒸散发量；Pyi为第i类生态系统的降雨量；i∈[1,n]，i为生态系统类型的编号，n为生态系统类型的总数。
如上的，其中，陆地生态系统生产总值＝土壤保持价值+产品供给价值+固碳释氧价值+气候调节价值+水源涵养价值。
本申请还提供一种陆地生态系统生产总值的快速估算系统，至少包括：数据单元和估算单元；其中，数据单元：用于确定评估区域，根据评估区域获取评估区域范围；获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行预处理，获得待计算数据；估算单元：用于创建和存储计算模型；输入待计算数据，通过计算模型对待计算数据进行计算，获得价值量；对价值量进行汇总，获得陆地生态系统生产总值。
本申请利用目前开源免费且更新频率高的数据，最大化精简对数据的需求，建立NDVI与生态系统生产总值中各核算指标之间的关系，根据建立的关系建立计算模型，明确各模型中的各项参数，通过输入不同区域差异化参数，实现自动估算所选区域的陆地生态系统生产总值(GEP)。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为陆地生态系统生产总值的快速估算方法一种实施例的流程图；
图2为陆地生态系统生产总值的快速估算方法再一种实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提供一种陆地生态系统生产总值的快速估算系统，包括：数据单元和估算单元；
其中，数据单元：用于确定评估区域，根据评估区域获取评估区域范围；获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行预处理，获得待计算数据。
估算单元：用于创建和存储计算模型；输入待计算数据，通过计算模型对待计算数据进行计算，获得价值量；对价值量进行汇总，获得陆地生态系统生产总值。
如图1所示，本申请提供一种陆地生态系统生产总值的快速估算方法，包括如下步骤：
S110：确定评估区域，根据评估区域获取评估区域范围。
具体的，将实际需要进行估算的区域确定为评估区域，其中，区域可以为：省、市、县、乡、村、区等。获取评估区域的边界作为评估区域范围；例如：评估区域为北京市，则评估区域范围为北京市的边界。
S120：获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行预处理，获得待计算数据，其中，初始数据至少包括：初始遥感影像、初始DEM数据、初始土壤数据、初始气象数据和初始NDVI数据；待计算数据至少包括：遥感影像、DEM数据、土壤数据、气象数据和NDVI数据。
进一步的，获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行预处理，获得待计算数据的子步骤如下：
S1201：获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行裁剪，获得裁剪数据。
具体的，由于获取到的初始数据为矩形等规则的形状，而评估区域范围为不规则的形状，故获得的初始数据多于实际需要的数据，因此，需要根据评估区域范围的实际形状对初始数据进行裁剪，并剔除多余的数据，将完成裁剪后，且与评估区域范围对应的初始数据作为裁剪数据，其中，裁剪数据至少包括：裁剪后遥感影像、裁剪后DEM数据、裁剪后土壤数据、裁剪后气象数据和裁剪后NDVI数据。
作为一个实施例：初始遥感影像从哨兵2遥感数据(sentinel-2)中获取，但不仅限于哨兵2遥感数据(sentinel-2)；初始DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)数据从ASTER GDEM v2(美国国家航空局(NASA)新一代对地观测卫星TERRA生产的全球数字高程模型产品第二版免费数据的名称)全球DEM免费数据分享网站中获取，但不仅限于ASTERGDEM v2全球DEM免费数据；初始土壤数据从世界土壤数据库(HWSD)中获取，但不仅限于世界土壤数据库(HWSD)；初始气象数据从NOAA(美国国家海洋和大气管理局)全球气象数据下载网站中获取，但不仅限于美国NOAA全球气象数据下载网站；初始NDVI(NDVI为归一化植被指数，通过测量近红外(植被强烈反射)和红光(植被吸收)之间的差异来量化植被)数据从Terra(Terra是装载中分辨率成像光谱仪MODIS的一颗卫星名称)卫星的MOD13Q1(MODIS每16天以250米(m)的空间分辨率生成的植被指数产品)全球每15天更新一次的NDVI数据产品中获取，不仅限于Terra卫星的MOD13Q1全球每15天更新一次的NDVI数据产品。
S1202：对裁剪数据进行统一分辨率处理，获得待计算数据。
具体的，根据实际需求设置需求分辨率，根据需求分辨率对裁剪数据进行分辨率调整，使裁剪数据置于同一尺度下，且分辨率相同，并将完成调整后的裁剪数据作为统一数据，从而避免了因分辨率不同而产生的计算错误。其中，统一数据至少包括：统一后遥感影像、统一后DEM数据、根据设定的分辨率进行插值处理后获得的统一后土壤数据、根据设定的分辨率进行插值处理后获得的统一后气象数据和统一后NDVI数据。将统一数据作为待计算数据，即：将统一后遥感影像作为遥感影像；将统一后DEM数据作为DEM数据；将根据设定的分辨率进行插值处理后获得的统一后土壤数据作为土壤数据；将根据设定的分辨率进行插值处理后获得的统一后气象数据作为气象数据；将统一后DEM数据作为NDVI数据。待计算数据包括：遥感影像、DEM数据、土壤数据、气象数据和NDVI数据。
S130：输入待计算数据，通过计算模型对待计算数据进行计算，获得价值量，其中，价值量至少包括：土壤保持价值、产品供给价值、固碳释氧价值、气候调节价值和水源涵养价值。
进一步的，计算模型至少包括：第一模型、第二模型、第三模型、第四模型和第五模型；
其中，第一模型：用于计算土壤保持价值；
第二模型：用于计算产品供给价值；
第三模型：用于计算固碳释氧价值；
第四模型：用于计算气候调节价值；
第五模型：用于计算水源涵养价值。
进一步的，第一模型的表达式如下：
其中，Vs为土壤保持价值；Qsr为土壤保持量；Cw为水库单位库容的造价及库容成本；ρ为土壤容重；Ch为土壤中氮、磷和钾的纯含量，h∈[1,H]，H＝3，C1为土壤中氮的纯含量，C2为土壤中磷的纯含量，C3为土壤中钾的纯含量；Rh为转换率，R1为氮转换为可计算价值的尿素的转换率，R2为磷转换为可计算价值的过氧化钙的转换率，R3为钾转换为可计算价值的氯化钾的转换率；Ph为价格，P1为尿素的价格，P2为过氧化钙的价格，P3为氯化钾的价格。
具体的，作为一个实施例，水库单位库容的造价及库容成本优选为：Cw＝6.1107元/吨。土壤容重优选为平均值：ρ＝1.250(g/cm3)，也可以根据文献查找当地土壤容重的值。通过在土壤数据中查询采样点的氮、磷和钾各含量值后乘以面积得到Ch。Rh优选为：R1＝2.17，R2＝8.33，R3＝2.22。Ph优选为：P1＝1300元/吨，P2＝2950元/吨，P3＝2250元/吨。
进一步的，土壤保持量Qsr的表达式如下：
Qsr＝R×K×L×S×(1-C×P)；
其中，R为降雨侵蚀力因子；K为土壤可蚀性因子；L为坡长因子；S为坡度因子；C为植被覆盖和管理因子；P为水土保持措施因子。
进一步的，降雨侵蚀力因子R的表达式如下：
R＝αPβ；
其中，P为时间段的降水量(mm)；α和β均为第一模型中的参数。
具体的，降雨侵蚀力因子R用于计算时间段的的降水侵蚀力((MJ·mm)/(hm2·h·a))。优选的，α为0.0534；β为1.6548。
进一步的，土壤可蚀性因子K的表达式如下：
其中，WSAN为砂粒(0.05～2.0mm)含量；WSIL为粉粒(0.002～0.05mm)含量；WCLA为粘粒(＜0.002mm)含量；Wc为有机碳含量；WSN1＝1-WSAN/100。
具体的，WSAN、WSIL、WCLA和Wc均为％。作为一个实施例，WSAN、WSIL、WCLA和Wc均可根据评估区域从世界土壤数据库(HWSD)的土壤数据中查询获得。
进一步的，由于坡度和坡长因子相互之间联系较为紧密，因此通常将它们作为一个整体进行考虑。坡长因子是指在其它条件相同的情况下，某一长度的田块破面上的土壤流失量与72.6英尺(标准单位小区的长度)长坡面上的流失量的比值；坡度因子是指在其它条件相同的情况下，某一坡度的田块坡面上的土壤流失量与9％(标准单位小区的坡度)坡度的坡面上流失量的比值。坡度因子S的表达式如下：
其中，θ为坡度，单位是弧度；t为百分比坡度。
进一步的，坡长因子L的表达式如下：
其中，
其中，λ为坡长；β为细沟与细沟间侵蚀量的比值；θ为坡度；m为无量纲常数。
具体的，λ通过汇流计算得到。
进一步的，植被覆盖和管理因子C的表达式如下：
其中，f为植被覆盖度。
具体的，f基于植被指数NDVI数据计算获得。
进一步的，植被覆盖度f的表达式如下：
其中，NDVI为直接读取NDVI数据获得的值；NDVIsoil为纯裸土象元的NDVI值；NDVImax为纯植被象元的NDVI值。
优选的，采用5％的置信度选取NDVIsoil的值，采用95％的置信度选取NDVImax的值。
具体的，如表1所示，水土保持措施因子P＝1，表示没有做任何水土保持措施；P＝0，表示没有侵蚀。
| 土地类型 | 水土保持因子 |
| 林地 | 0.9 |
| 水域 | 0 |
| 湿地 | 0 |
| 灌木 | 0.9 |
| 积雪冰川 | 0 |
| 耕地 | 0.5 |
| 草地 | 0.9 |
| 裸地 | 1 |
表1
进一步的，如图2所示，输入待计算数据，通过第一模型对待计算数据进行计算，获得土壤保持价值的步骤为：
T1：根据遥感影像进行计算，获得水土保持措施因子P；根据DEM数据进行计算，获得坡度因子S和坡长因子L；根据土壤数据进行计算，获得土壤可蚀性因子K；根据NDVI数据进行计算，获得植被覆盖和管理因子C；根据气象数据进行计算，获得时间段的降水量P；
T2：将水土保持措施因子P、坡度因子S、坡长因子L、土壤可蚀性因子K、植被覆盖和管理因子C和时间段的降水量P输入至第一模型，获得土壤保持价值。
进一步的，第二模型的表达式如下：
Vm＝(a×SNDVI+b)×Pw；
其中，Vm为产品供给价值；a、b均为调节系数；Pw为物质产品的价格；SNDVI为所有读取NDVI数据获得的值的和。
其中，a、b的取值根据生态系统的类型而定，不同类型的生态系统的a、b的取值不同。
具体的，作为一个实施例，Vm为产品供给价值(又称：生态系统的物质产品价值量)，单位为元。选用典型的物质产品作为所有物质产品(如：羊和小麦)的核算标准作为例子进行说明：，如果核算区域主要的生态系统为草地，a＝0.2813，b＝1939.9，Pw为当地市场标准45kg的成年羊价(参考价为：1800元/只)；如果核算区域的主要生态系统为农田，则a＝0.9273，b＝-3.9378，Pw为小麦价格(参考价为：3154元/吨)。
进一步的，如图2所示，输入待计算数据，通过第二模型对待计算数据进行计算，获得产品供给价值的步骤为：将NDVI数据输入至第二模型，获得产品供给价值。
进一步的，第三模型的表达式如下：
Vcf＝Qco2×Cc+Qop×Co；
其中，Vcf为固碳释氧价值；Qco2为生态系统的固碳量；Cc为采用固碳价值造林法为标准的固碳成本；Co为工业制氧价格；Qop为生态系统的释氧量。
具体的，作为一个实施例，Vcf的单位为元。优选Cc＝1152.8元/吨。优选Co＝375元/吨。
进一步的，采用净生态系统生产力法计算生态系统的固碳量，生态系统的固碳量Qco2的表达式如下：
其中，Qco2为生态系统的固碳量；
Mco2为二氧化碳的的含量；Mc为碳的含量；μ为净生态系统生产力按照各省市的净生态系统生产力和净初级生产力的转换系数；NPP为净初级生产力；
表示干物质转化为纯碳的系数；Mc6为葡萄糖中的含碳量；Mc6H10OS为植物中葡萄糖的含量。
具体的，净生态系统生产力NEP的单位为t·C，即：吨·碳，表示多少吨碳。净初级生产力NPP的单位为：t·干物质；表示有多少吨干物质，其中，干物质表示系统除去水分以后剩余的物质。本申请的生态系统的固碳量Qco2的表达式优选葡萄糖表示干物质。
其中，净生态系统生产力NEP的表达式如下：
具体的，作为一个实施例，华北地区：μ＝0.197，东北地区μ＝0.147，华东地区：μ＝0.064，中南地区：μ＝0.045，西南地区：μ＝0.082，西北地区：μ＝0.208。
其中，净初级生产力NPP的表达式如下：
NPP＝ε×0.5×SOL×(-0.025+NDVI×1.25)；
其中，
ε＝εmax×Ts×Ws；
其中，ε为光能利用率；εmax为最大光能利用率；Ts为温度对植被的光能利用率ε的影响；Ws为水分对植被的光能利用率ε的影响；T为监测站日平均温度；Tmin为植被光合活性的日最低温度；Tmax为植被光合活性的日最高温度；Topt为植被光合活性的日最适温度；NDVI为直接读取NDVI数据获得的值；NDVImax为纯植被象元的NDVI值；SOL为太阳辐射值。
具体的，作为一个实施例，优选εmax＝1.911gC·MJ-1。优选Tmin＝0，Tmax＝40，Topt＝26.5，Tmin、Tmax和Topt与植被类型有关；如果监测站日平均温度T低于Tmin或超过Tmax，则Ts为0。太阳辐射值SOL通过资料查找表锁定评估区域的日均辐射量，然后乘以计算的时间段(天)获得。
进一步的，根据光合作用化学方程式可知，植物每生产吸收1molCO2，就会释放1molO2，生态系统的释氧量Qop的表达式如下：
具体的，Qco2为生态系统的固碳量。
进一步的，如图2所示，输入待计算数据，通过第三模型对待计算数据进行计算，获得固碳释氧价值的步骤为：
U1：根据NDVI数据进行计算，获得净初级生产力NPP。
U2：将净初级生产力NPP输入至第三模型，获得固碳释氧价值。
进一步的，第四模型的表达式如下：
其中，Vtt为气候调节价值；vt为森林、草地和湿地的降温价值；vm为湿地的增湿价值；GPPi为植被的总初级生产力，i∈[1,n]，i为生态系统类型的编号，n为生态系统类型的总数；γ为有机质能量转化系数；Pew为研究区内蒸散量的总和；Pe为电价。
具体的，电价Pe优选为全国平均值为0.54元/KW·h，也可以取当地工业电价。
其中，研究区内蒸散量的总和Pew由ETi求和获得，Pew＝∑ET；ET为研究区内各格网内的蒸散发量(mm)，ET的表达式为：
其中，Cts为计算时段的天数；Tef＝0.5*0.72*(3T′max-T′min)，T′min为计算时段的最低温度；T′max为计算时段的最高温度；T为监测站日平均温度；I为热量指数。
其中，热量指数I的表达式如下：
其中，x∈[1,Cts]；Tx为每日平均温度。
进一步的，如图2所示，输入待计算数据，通过第四模型对待计算数据进行计算，获得气候调节价值的步骤为：
G1：根据NDVI数据进行计算，获得植被的总初级生产力GPPi；根据气象数据进行计算，获得降雨侵蚀力因子R。
G2：将植被的总初级生产力GPPi和降雨侵蚀力因子R输入至第四模型，获得气候调节价值。
进一步的，采用水量平衡法估算区域的水源涵养量、水量平衡方程是指一定时空内，水在生态系统中保持质量守恒，即区域降雨量减去地表径流量以及由于蒸腾作用蒸发的水分消耗量以后留存在生态系统中的水量即为区域的水源涵养量，第五模型的表达式如下：
其中，
θi＝-0.3187×f+0.36403；
其中，Vw为水源涵养价值；f为植被覆盖度；Cw为水库单位库容的造价及库容成本；Ai为第i类生态系统的面积(m2)；θ0为产流降雨条件下裸地降雨径流系数；θi为第i类生态系统的径流系数；ETi为第i类生态系统的蒸散发量；Pyi为第i类生态系统的降雨量；i∈[1,n]，i为生态系统类型的编号，n为生态系统类型的总数。
具体的，优选城市生态系统的θ0＝1，草地及森林生态系统的θ0＝0.36。
进一步的，如图2所示，输入待计算数据，通过第五模型对待计算数据进行计算，获得水源涵养价值的步骤为：
Y1：根据NDVI数据进行计算，获得径流系数；根据气象数据进行计算，获得第i类生态系统的降雨量Pyi和第i类生态系统的蒸散发量ETi。
Y2：将径流系数、第i类生态系统的降雨量Pyi和第i类生态系统的蒸散发量ETi输入至第五模型，获得水源涵养价值。
S140：对价值量进行汇总，获得陆地生态系统生产总值。
进一步的，陆地生态系统生产总值GEP＝土壤保持价值Vs+产品供给价值Vm+固碳释氧价值Vcf+气候调节价值Vtt+水源涵养价值Vw。
本申请利用目前开源免费且更新频率高的数据[其中，数据至少包括：NDVI数据(15天)、气象数据(每天)、全球DEM数据(每年)，以及全球土壤数据库数据(一般地区地形和土壤利用类型至少5年不会有变化，故而DEM数据和土壤数据使用当年最新的即可)]，最大化精简对数据的需求，建立NDVI与生态系统生产总值中各核算指标之间的关系，根据建立的关系建立计算模型，明确各模型中的各项参数，通过输入不同区域差异化参数，实现自动估算所选区域的陆地生态系统生产总值(GEP)。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，本申请的保护范围意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请保护范围及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种陆地生态系统生产总值的快速估算方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定评估区域，根据评估区域获取评估区域范围；
获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行预处理，获得待计算数据，其中，初始数据至少包括：初始遥感影像、初始数字高程模型数据、初始土壤数据、初始气象数据和初始归一化植被指数数据；待计算数据至少包括：遥感影像、数字高程模型数据、土壤数据、气象数据和归一化植被指数数据；
输入待计算数据，通过计算模型对待计算数据进行计算，获得价值量，其中，价值量至少包括：土壤保持价值、产品供给价值、固碳释氧价值、气候调节价值和水源涵养价值；
对价值量进行汇总，获得陆地生态系统生产总值。
2.根据权利要求1所述的陆地生态系统生产总值的快速估算方法，其特征在于，获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行预处理，获得待计算数据的子步骤如下：
获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行裁剪，获得裁剪数据；
对裁剪数据进行统一分辨率处理，获得待计算数据。
3.根据权利要求2所述的陆地生态系统生产总值的快速估算方法，其特征在于，计算模型至少包括：第一模型、第二模型、第三模型、第四模型和第五模型；
其中，第一模型：用于计算土壤保持价值；
第二模型：用于计算产品供给价值；
第三模型：用于计算固碳释氧价值；
第四模型：用于计算气候调节价值；
第五模型：用于计算水源涵养价值。
4.根据权利要求3所述的陆地生态系统生产总值的快速估算方法，其特征在于，第一模型的表达式如下：
其中，Vs为土壤保持价值；Qsr为土壤保持量；Cw为水库单位库容的造价及库容成本；ρ为土壤容重；Ch为土壤中氮、磷和钾的纯含量，h∈[1,H]，H＝3，C1为土壤中氮的纯含量，C2为土壤中磷的纯含量，C3为土壤中钾的纯含量；Rh为转换率，R1为氮转换为可计算价值的尿素的转换率，R2为磷转换为可计算价值的过氧化钙的转换率，R3为钾转换为可计算价值的氯化钾的转换率；Ph为价格，P1为尿素的价格，P2为过氧化钙的价格，P3为氯化钾的价格。
5.根据权利要求4所述的陆地生态系统生产总值的快速估算方法，其特征在于，第二模型的表达式如下：
Vm＝(a×SNDVI+b)×Pw；
其中，Vm为产品供给价值；a、b均为调节系数；Pw为物质产品的价格；SNDVI为所有读取归一化植被指数获得的值的和。
6.根据权利要求5所述的陆地生态系统生产总值的快速估算方法，其特征在于，第三模型的表达式如下：
Vcf＝Qco2×Cc+Qop×Co；
其中，Vcf为固碳释氧价值；Qco2为生态系统的固碳量；Cc为采用固碳价值造林法为标准的固碳成本；Co为工业制氧价格；Qop为生态系统的释氧量。
7.根据权利要求6所述的陆地生态系统生产总值的快速估算方法，其特征在于，第四模型的表达式如下：
其中，Vtt为气候调节价值；vt为森林、草地和湿地的降温价值；vm为湿地的增湿价值；GPPi为植被的总初级生产力，i∈[1,n]，i为生态系统类型的编号，n为生态系统类型的总数；γ为有机质能量转化系数；Pew为研究区内蒸散量的总和；Pe为电价。
8.根据权利要求7所述的陆地生态系统生产总值的快速估算方法，其特征在于，第五模型的表达式如下：
其中，
θi＝-0.3187×f+0.36403；
其中，Vw为水源涵养价值；f为植被覆盖度；Cw为水库单位库容的造价及库容成本；Ai为第i类生态系统的面积；θ0为产流降雨条件下裸地降雨径流系数；θi为第i类生态系统的径流系数；ETi为第i类生态系统的蒸散发量；Pyi为第i类生态系统的降雨量；i∈[1,n]，i为生态系统类型的编号，n为生态系统类型的总数。
9.根据权利要求8所述的陆地生态系统生产总值的快速估算方法，其特征在于，陆地生态系统生产总值＝土壤保持价值+产品供给价值+固碳释氧价值+气候调节价值+水源涵养价值。
10.一种陆地生态系统生产总值的快速估算系统，其特征在于，至少包括：数据单元和估算单元；
其中，数据单元：用于确定评估区域，根据评估区域获取评估区域范围；获取初始数据，根据评估区域范围对初始数据进行预处理，获得待计算数据；
估算单元：用于创建和存储计算模型；输入待计算数据，通过计算模型对待计算数据进行计算，获得价值量；对价值量进行汇总，获得陆地生态系统生产总值。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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