目標

熟悉蒸散發(fā)ET及其組分（植被蒸騰Ec、土壤蒸發(fā)Es、冠層截留Ei）、植被總初級生產(chǎn)力GPP的概念和碳水耦合的基本原理；掌握利用Python與ArcGIS工具進行課程相關的操作；熟練掌握國際上流行的Penman-Monteith模型，并能夠應用該模型在各種植被類型上進行冠層導度、蒸散發(fā)組分的計算；掌握單站和區(qū)域結果的可視化方法、制圖方法等。

適用范圍生態(tài)水文相關行業(yè)、雙碳相關行業(yè)。

二 蒸散發(fā)與光合作用阻抗&Python實踐

1. 蒸散發(fā)與光合作用阻抗

蒸散發(fā)和光合作用阻抗是植物生理學中的重要概念。蒸散發(fā)與植物水分平衡、生長和代謝密切相關；而光合作用阻抗則反映了植物在限制水分蒸散的情況下，為維持光合作用而形成的擴散阻力。研究蒸散發(fā)與光合作用阻抗的原理有助于了解植物的光合作用效率、生長速度和生態(tài)適應性等方面信息，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、林業(yè)經(jīng)營和環(huán)境保護等領域提供科學依據(jù)和決策支持。

2. Python使用說明

2.1. Jupyter Notebook編輯器+Anaconda管理器的安裝

Python是一種簡單易學、功能強大的編程語言，具有豐富的標準庫和廣泛的第三方庫支持，適用于大數(shù)據(jù)處理、人工智能、Web開發(fā)等多個領域。

2.2 虛擬環(huán)境的安裝與配置

虛擬環(huán)境允許同一臺機器上創(chuàng)建多個獨立的Python環(huán)境，每個環(huán)境都可以有自己的Python版本和安裝的第三方庫。不同的項目可以使用不同的Python版本和依賴庫，避免了版本沖突和依賴沖突的問題。

2.3 常用庫學習

本節(jié)包含Python基本語法及常用的科學計算（Numpy）、數(shù)據(jù)處理（Pandas）和數(shù)據(jù)可視化（Matplotlib）庫函數(shù)的使用。

2.4 數(shù)據(jù)處理

Python中常見的數(shù)據(jù)問題有數(shù)據(jù)重復、數(shù)據(jù)異常、文本類型、數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)無效等，對應異常值處理、文本轉換和空缺值填補等操作。

三 ArcGIS實踐應用

3. ArcGIS實踐

3.1 基本操作

ArcGIS的基本操作包括創(chuàng)建與打開地圖文檔、加載數(shù)據(jù)、保存文檔、圖層操作、數(shù)據(jù)框坐標系統(tǒng)定義、要素屬性查詢等。

3.2 數(shù)據(jù)格式轉換

在ArcGIS中可以實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)格式的相互轉換，如EXCEL數(shù)據(jù)與Shapefile數(shù)據(jù)、TXT 數(shù)據(jù)與 Shapefile 數(shù)據(jù)的相互轉換等。

3.3 提取柵格值

在ArcGIS中可以實現(xiàn)值提取至點或利用ArcPy實現(xiàn)批量處理柵格數(shù)據(jù)集。

3.4 數(shù)據(jù)裁剪

ArcGIS中的裁剪功能用于根據(jù)指定的邊界范圍，對圖層或柵格數(shù)據(jù)集進行裁剪。通過裁剪操作，可以刪除不感興趣的數(shù)據(jù)或者將數(shù)據(jù)限制在特定區(qū)域內(nèi)，以便更好地分析和可視化數(shù)據(jù)。

3.5 地圖制圖

地圖制圖主要包括地圖版面設計的主要要素、地圖渲染方式等內(nèi)容。

四 數(shù)據(jù)處理實踐

4. 數(shù)據(jù)下載與處理

4.1 站點數(shù)據(jù)下載與處理

FLUXNET2015是一個全球尺度的碳、水和能量通量觀測數(shù)據(jù)集，匯集了來自200多個觀測站點的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)集提供了關于碳、水和能量通量等多個觀測變量的實地觀測數(shù)據(jù)，并按照標準化格式存儲和共享。

數(shù)據(jù)下載打開網(wǎng)址https://fluxnet.org/data/fluxnet2015-dataset/，點擊Download FLUXNET2015 Dataset，進行用戶名和賬號密碼登錄后，可以根據(jù)需求選擇站點，填寫申請需求即可完成下載。

? 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)研究需求，對下載后的數(shù)據(jù)進行處理，包括變量選擇、異常值的處理、空缺值填補。

4.2 區(qū)域數(shù)據(jù)下載與處理

GLASS是一個全球陸地表面遙感數(shù)據(jù)集，提供了高分辨率的植被葉面積指數(shù)（LAI）數(shù)據(jù)，空間分辨率為250m/500m/0.05°，時間分辨率為8天。

? 數(shù)據(jù)下載

打開網(wǎng)址http://www.glass.umd.edu/index.html，根據(jù)研究需求選擇對應分辨率的LAI數(shù)據(jù)集，并利用DownThemAll!批量下載數(shù)據(jù)。

? 數(shù)據(jù)處理下載后的數(shù)據(jù)為hdf格式，根據(jù)研究需求，對下載后的數(shù)據(jù)進行處理，包括數(shù)據(jù)格式轉換、定義投影、對應柵格值提取、數(shù)據(jù)匯總等。

五 冠層導度與水、碳通量空間模擬 案例分析實踐

5. 應用案例

案例一：蒸散發(fā)、土壤蒸發(fā)、植被蒸騰在站點尺度的計算

在站點尺度上，利用葉面積指數(shù)、凈輻射等計算出冠層有效能量和土壤有效能量，并根據(jù)一定時間的累積降水和土壤表面平衡蒸發(fā)速率得到土壤蒸發(fā)，進而計算出植被蒸騰與冠層導度。

具體操作如下：

1、葉面積指數(shù)的站點值提取與插補 數(shù)據(jù)格式轉換定義投影站點值提取數(shù)據(jù)插補

2、土壤蒸發(fā)計算冠層有效能量和土壤有效能量計算土壤蒸發(fā)分數(shù)計算土壤平衡蒸發(fā)計算

3、植被蒸騰計算干濕表常數(shù)計算飽和水汽壓和溫度關系曲線斜率計算空氣動力學導度計算

4、冠層導度計算數(shù)值計算結果可視化

案例二：蒸散發(fā)與植被總初級生產(chǎn)力的區(qū)域數(shù)據(jù)下載、處理與顯示

區(qū)域地表蒸散發(fā)及其組分（土壤蒸發(fā)、植被蒸騰、冠層截留蒸發(fā)）、植被總初級生產(chǎn)力數(shù)據(jù)的下載、處理、顯示與統(tǒng)計。