[01923168]一种基于HASM模型的土壤有机碳储量三维估算方法及系统

土壤有机碳库是陆地生态系统中最丰富的碳库，其动态变化和存储分布在土壤质量评估、农田生态管理和气候变化适应与减缓等领域起着至关重要的作用。基于数字化土壤制图，结合多种环境信息可实现土壤有机碳相关属性的三维制图。研究人员通常拟合土壤有机碳密度与土壤深度的函数以实现土壤有机碳密度和储量的三维预测；此外，结合土壤深度作为协变量的地统计一步法模型也得到了广泛应用。然而，现有的土壤有机碳储量估算方法存在以下缺陷。第一，对于函数拟合方法来说，各层独立建模忽略了不同深度之间的关系及其相互作用；第二，建模过程中，若将不同的环境协变量应用于不同的深度区间，会使模型解释更加困难；第三，并非所有采样点都随深度遵循同一衰减模式，且任一层的属性值都会影响总体拟合效果；第四，对于使用土壤深度作为协变量的三维建模方法，存在不确定性较大、精度较低、无法生成现实预测的问题。因此，建立充分利用土壤深度信息，并考虑各层之间的非线性关系以及地表分类信息的融合方法，有助于解决上述问题，进一步提高土壤有机碳储量估算精度。高精度曲面建模（High Accuracy Surface Modeling，HASM）方法是近年来发展起来的用于地理信息系统和生态建模的一种基于微分几何学曲面理论的曲面建模方法，已成功应用于各种空间尺度地表要素曲面建模，相比于经典曲面建模方法，具有较高的精度。然而，目前的HASM模型，是针对单一土壤剖面深度模拟设计的，不能同时模拟多个剖面深度，而土壤有机碳是景观中的三维实体，在三个空间维度上都具有多变性，为了适应土壤有机碳多个剖面深度数据的处理，需要对现有HASM模型进行改进。针对上述技术问题，本发明提出了一种基于HASM模型的土壤有机碳储量三维估算方法，用于土壤属性的表面模拟，其核心在于充分利用了基于比例分配的百分比数据，并通过比例分配和地表分类信息的控制将离散采样点与土壤剖面深度信息、环境协变量有机结合，为土壤有机碳储量的精确评估提供高精度的方法支撑。同时，完善并发展了已有的HASM算法，在采样点数据的约束下，通过迭代求解方式同时对多个剖面深度的土壤有机碳进行优化模拟，克服以前的HASM只模拟单一土壤剖面深度的问题，从而获得土壤有机碳三维空间分布。基于点统计分析的深度信息与改进的HASM模型的结合，不仅可以有效提高插值方法的精度，还可使插值结果更符合地学规律，与实际情况更匹配。目该技术已应用于江西省资溪县碳中和评估应用示范项目，并为该县探索可复制、可推广的“两山”转化和“双碳”路径做出关键的技术支撑。