平台基本描述
原文链接:平台基本描述 – CoupModel
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抽象
CoupModel 的开发是为了代表一个平台,该平台具有许多模型,这些模型可以针对用户的特定应用程序链接在一起。此处对其模型开发、校准程序和以前的应用程序进行了回顾。对于每个应用程序,模型用户可以选择不同的模块以及它们应该如何链接。在下一步中,必须根据模块的选择指定运行模型的适当 input。这些模块包括任何陆地生态系统(包括土壤、植物和大气成分)的水、热、示踪剂、氯化物、氮和碳。空间分布被归集或分布到任何使用的定义尺度。时间分辨率从几分钟到大约 100 年不等。该平台允许用户将输入指定为 (1) 强制时间序列,(2) 参数函数的简单预定义变化模式,或 (3) 在模拟期间可能在指定日期更改值的动态参数。模拟的输出变量可以与任何独立测量进行比较,无论是作为时间序列还是单个值。性能表示为常规统计指标或对数似然和。模拟以单次运行的形式进行,以表示唯一的输入,或者作为基于参数值的随机或系统采样的多个系列模拟。参数也可以表示一个对象,该对象是表示一个特定系统的不同参数的集合(例如,土壤剖面)。两种可能的方法:贝叶斯或广义似然不确定性估计 (GLUE) 可用于校准。前者是使用马尔可夫链蒙特卡洛 (MCMC) 方法,根据预定义的误差参数在参数值之间进行采样,以估计对数似然。
关键字:理查兹方程、傅里叶方程、土壤霜冻、降雪、温室气体排放、土壤碳封存、气候变化、水分利用效率、光利用效率、氮素利用效率、生态系统
背景
CoupModel代表了一个由各种模块组成的平台(Jansson & Moon, 2001),这些模块自1979年土壤模型首次发布以来(Jansson & Halldin, 1979)已经开发和修改,基本描述了如何模拟土壤剖面中的水和热通量。该模型非常关注土壤物理学,并提出了水流的理查兹方程与一维域中热流的相应傅里叶方程之间的耦合。一个主要重点是描述一年中的水文过程,并在北方区域内进行每日分辨率分析。该模型后来被修改为包括土壤中氮过程的周转,并提出了与 SOIL 模型直接耦合的 SOILN(Johnsson 等人,1987 年)。在其早期,SOIL 模型主要用于北方地区的森林生态系统(Jansson,1987 年;Jansson et al, 1999 和 Gustafsson et al, 2004),但后来被应用于任何类型的陆地系统,包括半干旱地区(RockStröm et al, 1998)和具有永久冻土条件的地区(Hollesen et al, 2011)。在未冻结(Eckersten & Jansson,1991)和冻结条件(Stähli et al, 1996)期间理解和模拟大孔流动的各种选项已作为模型的选项实施。大多数应用是通过模拟单个剖面进行的,但已使用各种方法来表示区域内水流从一个位置到另一个位置的连接,如 Espeby (1982) 首次提出的那样,后来进一步发展以测试土壤冻结对溪流径流产生的作用(Stähli 等人, 2001).
假设植物组成部分是通过强制输入到模型中来控制的,但进一步发展为包括一个代表碳和氮过程的动态植物(Eckersten & Jansson,1991;Blombäck 等人,1995 年;Eckersten et al, 1995 和 Eckersten et al, 1998)。最近的发展包括植物生长的各种选择,以及与植物发育的广泛限制因素有关(Karlberg 等人,2006 年,Zhang 等人,2007 年和 Wu 等人,2011a)。人们已经关注了森林生态系统中碳封存的模拟(Svensson et al, 2008b),在这种情况下,也关注了气候影响的模拟(Jansson et al, 1998)。此外,通过包括 Norman 等人 (2008) 首次提出的反硝化详细模型,添加了更多成分。通过采用 PnET-N-DNDC 模型中气态 N 微生物生产的详细子模型进行模型改进 (Li et al., 2000)。作为平台的一部分,还实现了一个跟踪土壤-植物-大气系统中微量元素的子模型(Gärdenäs et al, 2009)。还开发了一个子模型,用于如何模拟除冰盐在路边环境中的扩散(Lundmark & Jansson,2008 年)。其他应用一直专注于了解常见的人造表面(如沥青)的详细物理过程(Jansson 等人,2006 年)
CoupModel 软件(KTH,2011 年)在过去 10 年中不断改进和修改,而且在之前的 SOIL 和 SOILN 模型已免费分发之前。详细的技术描述首次由Jansson & Karlberg(2004年)发布,后来也作为中文翻译出版(Jansson & Karlberg,2009年)。今天,它以pdf文档的形式在线发布(Jansson & Karlberg, 2010)并在互联网上作为完整的帮助库发布。该模型有一个用户组,该用户组由 KTH 管理,作为用户的交互式论坛。KTH 还提供非正式课程和教程。
下载地址:https://pan.baidu.com/s/1pMEsl9D
教程原链接:教程 – CoupModel
教程
教程是开始使用模型平台的一种方式。
第一个为您提供界面和菜单系统的基本结构。
其他教程着眼于更具体的重点,对学习也很有用
了解如何理解 CoupModel 平台的基本主题。
蒸散教程有助于了解蒸发的各个组成部分以及它们如何受到典型植被覆盖的影响。在学习了本教程后,您将有望了解截留蒸发、蒸腾和土壤蒸发之间的区别。
能量平衡教程更深入地介绍了土壤蒸发。完成本教程后,您将了解有关土壤表面能量平衡的详细信息,还将了解如何将模拟输出与测量值进行比较。您可以进行单次运行以探索一些选项的灵敏度,也可以使用正式或非正式的统计方法进行校准,以改进模型表示。
渗透辅导对于理解土壤物理特性,尤其是水渗透到土壤剖面中非常重要。学完本教程后,您将了解保水曲线和非饱和水力传导率函数如何对土壤剖面中的水流产生不同类型的影响。您可以仅根据土壤质地或压力水头和含水量的测量点来估计属性。本教程还将展示如何使用数据库来分配合适的土壤物理特性值。
如果您想了解如何使用长期径流数据以及气候数据来评估流域的水平衡,以评估作为土地利用或气候变化结果的蒸发变化,则径流教程将非常有用。该教程使用来自英国 PlynLimon 流域的数据,演示了如何将两种不同模型结构(简单聚合土壤和土壤剖面)的结果与在 30 年之长期间暴露于相同气候下的两个不同流域的测量值进行比较。
如果要将模型应用于具有不同气候变化模式的大量站点,则放大教程将非常有用。该教程使用了来自 33 个欧洲站点的气候数据。
越南湄公河教程对于了解如何校准模型以描述湄公河三角洲农业土壤的水文情况非常有用。本教程还将提供有关两个地点测量的土壤水分动态的详细信息。
瑞典对地下水位进行了长期监测(参见 SGU 的详细信息),今天我们可以评估这些记录,以了解气候如何产生地下水的短期季节性动态以及长期气候和土地利用相关趋势。来自 SGU 提供的教育项目的数据,并与两种类型的气候数据相结合,可以从这里下载。还可以根据可用数据查看和了解建模项目中所有步骤的详细信息。
作为 2019 年 1 月哥德堡大学博士课程的一部分,准备了介绍,以演示瑞典 5 个不同生态系统在 60 年期间在矿物和有机土壤上的温室气体排放模拟。A 提供了 PowerPoint 演示文稿以及 5 个系统的模拟模板。