植物温度模拟方法

摘要

一种植物温度模拟方法，步骤如下：步骤一：采用植物光合测定仪在植物的叶片上方进行连续测量，测得植物的暗呼吸速率和植物的蒸腾速率；步骤二：将测得的植物的暗呼吸速率带入到公式中，计算呼吸作用温度；步骤三：将测得的植物的蒸腾速率带入到公式中，计算蒸腾作用温度；步骤四：采用小型地面自动气象站实时获取植物周围的环境温度；步骤五：将呼吸作用温度、蒸腾作用温度、环境温度带入公式中，计算得到植物模拟温度。本发明不需要设定很多环境参数，温度模拟的方法简便，模拟精度高，有效地解决了植物温度模拟精度不高和热红外仿真逼真度不高问题，提高了验证评估的准确性，可用于红外仿真、背景特性研究、目标研究以及植物生理研究中。

权利要求

1.一种植物温度模拟方法，其特征在于步骤如下：步骤一：采用植物光合测定仪在植物的叶片上方进行连续测量，测得植物的暗呼吸速率Rd和植物的蒸腾速率RS；

步骤二：将测得的植物的暗呼吸速率Rd带入到公式（1）中，计算呼吸作用温度ΔTr;呼吸作用温度ΔTr为：

2

其中：CL为叶片的比热容J/g.℃，Δt为时间步长s，m为叶片的单位面积质量g/m，Rd2

为暗呼吸速率μmolCO2/m.s；

步骤三：将测得的植物的蒸腾速率RS带入到公式（2）中，计算蒸腾作用温度ΔTt;蒸腾作用温度ΔTt为：

2

其中，RS为叶片的蒸腾速率mmol/m.s，QW为水的摩尔汽化热KJ/mol，取0.1355KJ/mol，2

m为叶片单位面积质量g/m,CL为叶片比热容J/g.℃；

步骤四：采用小型地面自动气象站实时获取植物周围的环境温度Ta;步骤五：将呼吸作用温度ΔTr、蒸腾作用温度ΔTt、环境温度Ta带入公式（3）中，计算得到植物模拟温度；

植物模拟温度T为:

2.根据权利要求1所述的植物温度模拟方法，其特征在于：所述暗呼吸速率由暗呼吸系数、作物生物量决定，见公式（4）：2

其中：DM为作物生物量kg/m，r为暗呼吸系数μmolCO2/kg.s，Ta为环境温度℃,Q10为暗呼吸的温度系数,取2；Tm为校正温度,取25℃。

3.根据权利要求2所述的植物温度模拟方法，其特征在于：所述呼吸作用温度是植物升高的温度，将公式（4）带入到公式（1）中得到呼吸作用温度ΔTr公式（5）；

得到呼吸作用温度ΔTr为：

4.根据权利要求1所述的植物温度模拟方法，其特征在于：所述植物光合测定仪是采用美国PP Systems公司的CIRAS-2光合仪。

5.根据权利要求1所述的植物温度模拟方法，其特征在于：上述计算步骤采用人工计算或通过计算机编制程序进行计算。

说明书

植物温度模拟方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种温度的模拟方法。

背景技术

[0002] 在热红外仿真中，植物是最常见的地物种类，场景模拟的精度和逼真度受植物的影响很大，尤其是在红外系统验证、目标特性研究和制导系统验证方面，植物模拟的精度决定了验证和评估的准确性，因此植物的温度模拟是热红外模拟中非常重要的部分。

[0003] 目前，国内外在此方面进行了大量研究，但对于其中的地物植被的温度模拟多采用辐射模型进行设定或是简单的采用经验对植物的温度变化进行设定，仅能够实现变化趋势上的模拟，辐射模型模拟方法主要从热辐射原理出发，考虑环境的影响，很少考虑植物自身生理特性对温度的影响，往往要设定很多环境参数，致使模拟方法复杂，结果误差大，通过大量的实测实验证实，在精度上往往相差4～5度。采用经验方法设定存在很多人为因素，具有不确定性，大大影响了场景模拟的精度和逼真度，严重影响了热红外模拟仿真结果的有效性和使用范围。因此急需一种温度模拟方法能够解决植物温度模拟的精度问题，以提高热红外仿真的准确性。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种植物温度模拟方法，解决了由于植物温度模拟精度不高、逼真度不够，从而导致热红外仿真研究方面准确性不高的技术问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种植物温度模拟方法，其特征在于步骤如下：

[0007] 步骤一：采用植物光合测定仪在植物的叶片上方进行连续测量，测得植物的暗呼吸速率Rd和植物的蒸腾速率RS；

[0008] 步骤二：将测得的植物的暗呼吸速率Rd带入到公式(1)中，计算呼吸作用温度ΔTr；

[0009] 呼吸作用温度ΔTr为：

[0010]

[0011] 其中：CL比热是指叶片的比热容，Δt为时间步长s，m为叶片的单位面积质量g/2 2
m，Rd为暗呼吸速率μmolCO2/m.s；

[0012] 步骤三：将测得的植物的蒸腾速率RS带入到公式(2)中，计算蒸腾作用温度ΔTt；

[0013] 蒸腾作用温度ΔTt为：

[0014]2

[0015] 其中，RS为叶片的蒸腾速率mmol/m.s，QW为水的摩尔汽化热KJ/mol，取0.1355KJ/2
mol，m为叶片单位面积质量g/m，CL为叶片比热容J/g.℃；

[0016] 步骤四：采用小型地面自动气象站实时获取植物周围的环境温度Ta；

[0017] 步骤五：将呼吸作用温度ΔTr、蒸腾作用温度ΔTt、环境温度Ta带入公式(3)中，计算得到植物模拟温度；

[0018] 植物模拟温度T为：

[0019] T＝ΔTr-ΔTt+Ta (3)

[0020] 所述暗呼吸速率由暗呼吸系数、作物生物量决定，见公式(4)：

[0021]

[0022] 其中：DM为作物生物量kg/m2，r为暗呼吸系数μmolCO2/kg.s，Ta为环境温度℃，Q10为暗呼吸的温度系数，一般取2；Tm为校正温度，一般取25℃。

[0023] 所述呼吸作用温度是植物升高的温度，将公式(4)带入到公式(1)中得到呼吸作用温度ΔTr公式(5)；

[0024] 得到呼吸作用温度ΔTr为：

[0025]

[0026] 所述植物光合测定仪是采用美国PP Systems公司的CIRAS-2光合仪。

[0027] 上述计算步骤采用人工计算或通过计算机编制程序进行计算。

[0028] 与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

[0029] 本发明从植物受到气温、日照和自身生理特性的角度出发，综合考虑了植物生命体的呼吸作用和蒸腾作用，采用了植物光合测定仪测量植物的暗呼吸速率和蒸腾速率，提出了新的植物温度模拟方法。

[0030] 本发明1.不需要设定很多环境参数，温度模拟的方法简便，2.植物温度模拟精度高，通过大量的实测实验证实，得到的植物模拟温度与实测结果误差小，植物模拟温度精度可达1度左右。3.参数获取方法简便，植物生理参数和环境参数可以通过小型便携设备在野外实地测量获得。本发明有效地解决了植物温度模拟精度不高和热红外仿真逼真度不高问题，提高了红外系统验证、目标特性研究和制导系统验证方面的验证和评估的准确性，可用于用于红外仿真、背景特性研究、目标研究以及植物生理研究中。

附图说明

[0031] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

[0032] 图1是本发明的模拟流程示意图。

具体实施方式

[0033] 植物温度模拟是热红外场景仿真的一个重要环节，其温度模拟的精度将直接影响热红外仿真的效果，而热红外场景仿真是红外探测系统验证、目标特性研究的一个重要手段，本发明基于植物的生理特性，如植物受到气温、日照等角度出发，综合考虑了植物生命体的呼吸作用和蒸腾作用对植物温度的影响，提出的一种植物温度模拟方法，下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

[0034] 参见图1所示，本发明的模拟流程示意图。这种植物温度模拟方法，步骤如下：

[0035] 步骤一：采用植物光合测定仪在植物的叶片上方进行连续测量，测得植物的暗呼吸速率Rd和植物的蒸腾速率RS；所述植物光合测定仪是采用美国(原英国)PP Systems公司的CIRAS-2光合仪。

[0036] 步骤二：将测得的植物的暗呼吸速率Rd带入到公式(1)中，计算呼吸作用温度ΔTr；

[0037] 呼吸作用温度ΔTr为：

[0038]

[0039] 其中：CL比热是指叶片的比热容，Δt为时间步长s，m为叶片的单位面积质量g/m2，Rd为暗呼吸速率μmolCO2/m2.s，植物生成的1mol的CO2所释放的热量为276.7KJ，对应1μmol的热量是0.2767J的热量。

[0040] 步骤三：将测得的植物的蒸腾速率RS带入到公式(2)中，计算蒸腾作用温度ΔTt；

[0041] 蒸腾作用温度ΔTt为：

[0042]

[0043] 其中，RS为叶片的蒸腾速率mmol/m2.s，QW为水的摩尔汽化热KJ/mol，取0.1355KJ/2
mol，m为叶片单位面积质量g/m，CL为叶片比热容J/g.℃；

[0044] 步骤四：采用小型地面自动气象站实时获取植物周围的环境温度Ta；

[0045] 步骤五：将呼吸作用温度ΔTr、蒸腾作用温度ΔTt、环境温度Ta带入公式(3)中，计算得到植物模拟温度；

[0046] 植物模拟温度T为：

[0047] T＝ΔTr-ΔTt+Ta (3)

[0048] 所述暗呼吸速率由暗呼吸系数、作物生物量决定，见公式(4)：

[0049]

[0050] 其中：DM为作物生物量kg/m2，r为暗呼吸系数μmolCO2/kg.s，Ta为环境温度℃，Q10为暗呼吸的温度系数，一般取2；Tm为校正温度，一般取25℃。

[0051] 所述呼吸作用温度是植物升高的温度，由于植物叶片在呼吸过程中产生了化学热，其中一部分热量被叶片吸收，使得植物叶片的温度升高。将公式(4)带入到公式(1)中得到呼吸作用温度ΔTr公式(5)；

[0052] 得到呼吸作用温度ΔTr为：

[0053]

[0054] 上述计算步骤可以采用人工手算或通过计算机编制程序进行计算。

[0055] 以上所述实施方式，仅为本发明较有代表性的具体实施方式，但本发明所保护技术方案并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可从本发明公开的内容直接导出或轻易想到的所有变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。