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，為農業(yè)生產、林業(yè)經營和環(huán)境保護等領域提供科學依據和決策支持。

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，適用于大數據處理、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）、數據處理（Pandas）和數據可視化（Matplotlib）庫函數的使用。

2.4 數據處理

Python中常見的數據問題有數據重復、數據異常、文本類型、數據缺失、數據無效等，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、加載數據、保存文檔、圖層操作、數據框坐標系統(tǒng)定義、要素屬性查詢等。

3.2 數據格式轉換

在ArcGIS中可以實現不同數據格式的相互轉換，如EXCEL數據與Shapefile數據、TXT 數據與 Shapefile 數據的相互轉換等。

3.3 提取柵格值

在ArcGIS中可以實現值提取至點或利用ArcPy實現批量處理柵格數據集。

3.4 數據裁剪

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

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、地圖渲染方式等內容。

四 數據處理實踐

4. 數據下載與處理

4.1 站點數據下載與處理

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

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

? 數據處理

根據研究需求，對下載后的數據進行處理，包括變量選擇、異常值的處理、空缺值填補。

4.2 區(qū)域數據下載與處理

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

? 數據下載

打開網址http://www.glass.umd.edu/index.html，根據研究需求選擇對應分辨率的LAI數據集，并利用DownThemAll!批量下載數據。

? 數據處理下載后的數據為hdf格式，根據研究需求，對下載后的數據進行處理，包括數據格式轉換、定義投影、對應柵格值提取、數據匯總等。

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、凈輻射等計算出冠層有效能量和土壤有效能量，并根據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、葉面積指數的站點值提取與插補 數據格式轉換定義投影站點值提取數據插補

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)分數計算土壤平衡蒸發(fā)計算

3、植被蒸騰計算干濕表常數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、冠層導度計算數值計算結果可視化

案例二：蒸散發(fā)與植被總初級生產力的區(qū)域數據下載、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)）、植被總初級生產力數據的下載、處理、顯示與統(tǒng)計。