(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210642009.7 (22)申请日 2022.06.07 (71)申请人 中国科学院地理科 学与资源研究所 地址 100000 北京市朝阳区大屯路甲1 1号 (72)发明人 陈报章　 (74)专利代理 机构 北京方韬法业专利代理事务 所(普通合伙) 11303 专利代理师 朱丽华 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 碳同位素联合同化模型及甄别人为碳排放 与自然碳 通量区域同化系统的构建方法 (57)摘要 本发明公开了一种碳同位素联合同化模型 及甄别人为碳排放与自然碳通量区域同化系统 的构建方法。 该模型结合大气CO2组成及CO2质量 守恒定理， 构建同化反演系统中CO2、 Δ14C和δ 13C观测值与碳通量Flux自然,GPP、 Flux自然,Re和 Flux人为CO2之间的关系模型。 本发明利用化石燃 料 中不存在14C的特性区分自然碳通量和人为碳排 放； 还利用植物光合吸收碳与呼吸排放碳的δ 13C的同位素组成差别特性实现对光合吸收与呼 吸排放碳通量的区分， 形成高精度的碳同位素联 合同化模型， 有效解决现有碳同化系统不能区分 自然碳通量和人为排放的弊端， 研发了区域高分 辨率同化系统， 为精准评估碳中和行动有效性上 发挥关键性作用。 权利要求书2页 说明书11页 附图6页 CN 115186437 A 2022.10.14 CN 115186437 A 1.一种碳同位素联合同化模型， 其特征在于， 所述模型是结合大气CO2的同位素组成及 大气CO2质量守恒 定理， 构建的同化反演系统中CO2、 Δ14C和 δ13C的观测值yco2、14Yco2、13Yco2与 碳通量Flux自然， GPP、 Flux自然， Re和Flux人为CO2之间的关系式： 式中， yco2、14Yco2、13Yco2分别代表CO2浓度观测值，13CO2碳同位浓度观测值和14CO2碳同位 浓度观测值； H为观测算子， 代表的是区域大气传输模型WRF ‑GHG； Δ14Catm是大气的放射性碳 同位素比率， ‰； Δ14Cff是石化燃料的放射性碳同位素比率， 为 ‑1000‰； Flux自然， Re、 Flux自然， GPP和Flux人为co2是同化反演系统的状态变量， 而同位素碳通量13Flux自然， Re、 13Flux自然， GPP、13Flux人为co2是包含Flux自然， Re、 Flux自然， GPP和Flux人为co2的线性函数，14Fluxothers是 其它来源的放 射性碳同位素通 量。 2.根据权利要求1所述的碳同位素联合同化模型， 其特征在于， 所述碳同位素浓度观测 数据13Yco2和14Yco2是通过Δ14C和 δ13C同位素观测值 转化获取， 其 转化公式为： 13Yco2＝( δ13C×0.001+1)×RPDB×yCO2 14Yco2＝(Δ14C×0.001+1)×RHOXII×yCO2 式中， RPDB为国际通用标准物PDB的重轻同位素C13/C12比值，‰； δ13C为碳同位素观测值； RHOXII为草酸II号标准样品的C14/C12比值，‰； Δ14C为碳同位素观测值。 3.根据权利要求2所述的碳同位素联合同化模型， 其特征在于， 同位素通量13Flux自然， co2 的计算公式为： 式中， δ13CRe为植物呼吸的碳同位素比率， 通过Keepling  Plot方法获取， ‰； δ13Ca为大气 的碳同位素比率， 8 ‰； Δ为植物光合作用GP P所产生的同位素分馏； 同位素通 量13Flux人为co2的计算公式为： 13Flux人为co2＝ δ13Cff×Flux人为co2 式中， δ13Cff为石化燃料的碳同位素比率， ‰。 4.根据权利要求3所述的碳同位素联合同化模型， 其特征在于， 放射性碳同位素通量 14Fluxothers的计算公式为： 式中， rstd＝1.176×10‑12， 两者的作用为量值转换；14Fluxnuc为核电站 或核再处理厂释放的碳通量，14Fluxcosmo为来自宇宙射线激发的碳通量；14Fluxbiodis称作不 平衡碳通量， 是一种从陆地输送到大气的通 量。 5.一种高精度甄别人为碳排放与自然碳通量贡献的方法， 其特征在于， 采用权利要求1 至4任一项所述的碳同位素联合同化模型， 利用同化反演系统中CO2、 CO2中Δ14C和CO2中δ13C 浓度的观测值来计 算碳通量Flux自然， GPP、 Flux自然， Re和Flux人为CO2， 实现高精度的甄别人为CO2排权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186437 A 2放与自然CO2通量的贡献率。 6.一种高精度甄别人为碳排放与自然碳通量区域同化系统的构建方法， 其特征在于， 所述构建方法包括： 利用陆面生态系统模型DLM和双叶片光能利用率模型DLUEM， 采用权利 要求5所述的高精度甄别人为碳排放与自然碳通量贡献的方法， 构建区域高精度同化系统， 使用卡尔曼滤波器EnKF数据同化方法或四维变分数据同化方法4DV ar， 实现人为碳排放和 自然碳通量的同步优化， 最后建成周时间尺度、 网格化人为CO2排放的模拟计算系统， 生成3 类网格化的CO2浓度、 自然CO2通量分量和人为CO2排放数据产品， 其中自然CO2通量， 包括植 物光合作用GP P碳通量和植物呼吸作用Re碳 通量。 7.根据权利要求6所述的高精度甄别人为碳排放与自然碳通量 区域同化系统 的构建方 法， 其特征在于， 所述陆面生态系统模型DLM和双叶片光能利用率模型DLUEM为站点尺度优 化的生态系统模型， 其优化方法为利用站点尺度观测的CO2通量及荧光观测数据， 结合野外 调查的土壤 资料、 蒙特卡洛算法和资料同化技术EnKF， 分别对陆面生态系统模 型DLM和双叶 片光能利用率模型DLUEM的关键参数进行优化、 对比和验证， 实现模型在站点尺度上的优 化。 8.根据权利要求7所述的高精度甄别人为碳排放与自然碳通量 区域同化系统 的构建方 法， 其特征在于， 所述陆面生态系统模型DLM和双叶片光能利用率模型DLUEM的关键参数包 括最大光合羧化速率Vcmax、 呼吸敏感参数Q10、 气孔导度及总最大光能利用效率参数LUEmax、 阳叶最大光能利用效率 参数LUEmsun和阴叶最大光能利用效率 参数LUEmsh。 9.根据权利要求8所述的高精度甄别人为碳排放与自然碳通量 区域同化系统 的构建方 法， 其特征在于， 所述陆面生态系统模型DLM和双叶片光能利用率模型DLUEM的优化还包括 与全球、 区域碳同化系统的技术耦合， 以及融合星 ‑空‑地多源观测数据， 优化区域尺度上的 关键碳过程 参数， 以提高模拟计算精度。 10.根据权利要求6所述的高精度甄别人为碳排放与自然碳通量区域同化系统的构建 方法， 其特 征在于， 所述区域高精度同化系统能实现1km至 5km的高精度同化反演。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186437 A 3