蒸散发遥感估算方法的研究进展

传统的估算蒸散发的方法虽然能够获取相对准确的均匀下垫面的蒸散发,但大多局限于点或田间尺度,难以反映蒸散发的空间异质性.遥感作为一种高效的空间信息获取和处理手段,被认为是估算陆面蒸散发的有效途径.近30多年来,随着技术的进步,发展了从简单的经验公式到结合陆面过程模型的陆面数据同化系统等基于遥感数据估算蒸散发的方法.本文总结了遥感估算地表蒸散发各种方法的输入数据、假设、原理、优缺点,并概括了遥感估算陆面蒸散发存在的主要问题和发展趋势.     

长江流域实际蒸散发的遥感估算及时空分布研究

蒸散发是地表水热过程的关键环节.准确估计蒸散发对气候变化研究、水资源管理、作物估产以及环境保护等具有重要意义.本文结合中国区域气候和土地利用特征,改进地表能量平衡系统(surface energy balance system,SEBS)模型,估算了长江流域多年蒸散发量.结合基于模型树集成算法获得的全球蒸散发观测产品以及基于流域多年水量平衡的年蒸散发数据,验证估算精度.结果表明:SEBS模型获得的长江流域蒸散发与基于全球通量观测站的蒸散发集成数据产品的平均相对百分比误差约为10.15%,确定系数为0.98,均方根误差为7.11 mm·月^-1,具有较好的相关性和一致性,且可以达到更高的空间分辨率;SEBS估算的年均蒸散发与区域多年水量平衡结果的误差为6.29%,模型精度较为可靠;长江流域年均蒸散发总量变化不明显,在二级水资源区内蒸散发的变化量有较大的空间变异性,鄱阳湖流域年均蒸散发值最大,金沙江流域最小,汉江流域季节变异最明显;受气候和人类活动影响,高原地区、江汉平原、太湖流域蒸散发有较为明显的下降趋势.     

黄土丘陵沟壑区小流域蒸散发的遥感估算——以静宁县魏沟流域为例

利用TM遥感影像和地表热量平衡模型估算静宁县魏沟流域的蒸散发量,并结合地面实测资料进行检验,分析了该流域蒸散发的分布规律,研究了蒸散发量与土地利用、地表参数和地形参数的关系.结果表明,研究区当日蒸散发量为1.13～8.86 mm,平均4.94mm,分布上呈现由西北向东南递增的趋势;不同下垫面的蒸散发能力有一定差别,其中水体和林地的日蒸散发量最大;蒸散发量与INDV和高程等呈线性正相关,而与地表温度呈线性负相关.     

基于Landsat 5 TM的祁连山区蒸散发遥感估算——以青海祁连县为例

蒸散发的估算在区域能量平衡和水分循环研究中具有重要意义.本研究利用Landsat 5TM数据和能量平衡模型相结合,通过遥感数据获取各参量,对祁连山区的日蒸散发进行估算,研究表明估算值与实测值基本一致,相对误差为4.23%,基本上满足了该区域蒸散发研究的精度要求.通过对蒸散结果的分析发现,该区域的日蒸散发空间分布受气候特征、地形因素、土壤供水条件及土地利用类型的影响比较严重,其分布趋势主要在空间上表现出随海拔的降低而降低,阳坡蒸散量大于阴坡,在土地利用类型上呈现按照"林地沼泽地水域草地耕地城乡工矿居民用地"的类型而降低的规律,而永久性冰川雪地以及裸土裸岩石砾地的蒸散发则随冰川面积的缩小而减小.     

计算网格下的高性能MODIS蒸散发反演研究

针对MODIS蒸散发反演运算效率不高的问题,提出一种基于计算网格技术的并行处理方法,以提高水文预报的精度和时效.通过给出原子的形式化定义,将蒸散发反演算法拆分为可在网格上调度执行的原子;建立标准化的参数引用关系和编排机制,形成基于地球表面能量平衡原理的反演作业图;根据作业拓扑结构和节点状况,以细粒度方式加以调度.实验表明,该方法具有良好的高性能特征,反演速度快、稳定,并可合理地利用计算力资源.     

基于遥感双层模型的宝鸡峡灌区日蒸散发估算

本文选取了陕西宝鸡峡灌区为研究区,基于遥感双层模型,选择2000-2011年不同季节典型日的TM 数据,辅以气象观测资料,估算了宝鸡峡灌区典型日蒸散发,分析灌区内日蒸散发的时空分布以及不同土地利用类型日蒸散发季节变化.结果表明,基于遥感双层模型估算半干旱区的日蒸散发是可行的.模拟典型日中,春季晴日灌区日蒸散发约为5.06mm、夏季约为5.36mm、秋季约为4.24mm、冬季约1.03mm,呈单峰型分布,有较好的季节变化特征;不同季节日蒸散发的空间分布差异较大,不同土地利用类型的日蒸散发季节变化特征相似,但略有不同.利用Penman-Monteith公式计算值结合作物系数验证日蒸散发估算精度,其中耕地和林地相对误差约为20%,相关系数R2>0.7,表明遥感反演的日蒸散发精度较高.      

基于IDL的MODIS影像地表蒸散发参数反演系统

针对水文水资源分析计算所需要的地表蒸散发参数难以获取的问题,利用MODIS遥感影像数据和气象观测数据,采用SEBAL(地表能量平衡)模型,并结合ENVI/IDL二次开发语言构建了流域陆面蒸散发反演系统.以黄河三花间(三门峡一花园口区间)流域为例,编程实现了地表温度、植被指数、水体指数、不透水面指数等蒸散发计算所需相关地表参数的提取和日陆面蒸散发量的计算,并利用IDL的统计分析功能,通过随机采样,综合分析了地表参数与蒸散发量的关系.应用结果表明,该系统具有平台无关性特点,人机交互友好,可作为独立模块加入水文分析等专业系统,有效解决了通用遥感软件缺乏专业信息提取功能的问题.     

基于特征空间法的美国南部大平原蒸散发遥感反演

蒸散发是地表能量平衡和水热循环的重要环节,准确估算对区域水资源合理开发利用、农业节水研究以及气候调节等至关重要。特征空间法作为蒸散发反演的主要方法之一,因其对地表参数的依赖较小,具有较好的优势。然而,该方法在干湿边界确定时却存在一定的主观性和不确定性,给出相应的干湿边界理论公式,以美国南部大平原为研究区,利用MODIS遥感数据,构建具有时空二维属性的地表温度——植被指数特征空间,获得了2017年美国南部大平原蒸散发;并采用站点数据进行验证,分析时空分布规律。结果表明:本文方法对于研究区地表蒸散发模拟精度较高,略微存在高估,与观测值相关系数(r)达到0.86,均方根误差(RMSE)和偏差(B)分别为1.07 mm和0.06。从时空特征分析,蒸散发年内变化呈单峰型分布,与植被生长周期相一致。此外,蒸散发季节差异显著,夏季蒸散发最高,春秋次之,冬季最低,并且四季蒸散发空间分布趋势均呈东南向西北递减。     

黑河流域蒸散发分布的遥感研究

利用NOAA AVHRR资料，选取Priestley-Taylor公式作为计算蒸散发的模型，对黑河流域的蒸散发进行了研究，并利用有关资料对多种地表参数和蒸散发进行了验证，分析了蒸散发的时空分布特征．结果表明，对黑河流域蒸散发的遥感估算和一些地表生物物理参数的反演结果，与实测值基本吻合，说明文中所采用的方法估算蒸散发是可行的．寒漠、冰川、沙漠和戈壁等植被条件较差的地区的蒸散量极低．弱水三角洲和古日乃湖盆作为下游植被较好的地方其蒸散量有别于周围地区．中游绿洲的蒸散量与绿洲发展程度具有密切关系．河流两岸天然绿洲，明显与周围沙漠和戈壁区分开来．高覆盖度草地和沼泽蒸散量最高，其次为中覆盖度草地和林地．     

黄河三角洲日蒸散发遥感估算及其空间格局特征分析

 蒸散发是水循环中的一个重要过程,研究蒸散发对农业灌溉、水资源合理利用和地区生态环境的可持续发展均有重要意义。本文基于Landsat TM数据和SEBAL模型,详细介绍了日蒸散发遥感估算的方法,分析了黄河三角洲蒸散发的数值特征和空间格局特征,并在此基础上研究了土地利用类型与蒸散发的关系。结果表明,2009年6月4日黄河三角洲日蒸散发量在0-9.11mm,平均值为5.31mm。蒸散量的空间分异特征较为显著,受下垫面条件的影响突出,高值区主要分布在东部以林地为主的国家级自然保护区和河口区大范围的盐田和养殖池、中部东营市区周边的平原水库区以及南部广饶县的优质农田区域。水体、林草地、建设用地和未利用地的日蒸散发空间分布频率图均呈单峰分布,耕地受作物类型空间分布差异等因素的影响而呈现为较明显的双峰分布。土地利用类型决定了日蒸散发的水平,不同下垫面蒸散发量的日均值从大到小依次为：水体、滩涂、苇地、林草地、耕地、建设用地和未利用地。     

黑河流域潜在蒸散发量时空变化特征分析

基于站点气象数据及0.1°×0.1°栅格气象数据对黑河流域PET进行估算.利用Spline插值方法,将站点数据计算得到的PET进行空间插值,并与栅格数据计算获得的结果对比验证,分析PET的空间变化特征.利用MannKendall非参数检验方法,对站点PET及气温序列进行趋势分析.结果表明:1)Spline空间插值获得的PET空间分布与栅格数据计算获得的结果基本一致,可用于PET空间变化特征分析;2)空间上,黑河流域多年平均PET年值和季节值均呈现出从西南到东北逐渐增加的趋势;3)年平均气温在15个站点均呈现出明显的上升趋势,而PET在多数站点呈现下降趋势,黑河流域可能存在“蒸发悖论”现象.     

淮河流域参考蒸散发量变化分析

利用淮河流域26个气象观测站的观测资料,采用Penman-Monteith法计算流域的参考蒸散发量,结合参考蒸散发对气象因子的敏感性分析以及气象因子在1960—2008年的变化,定量评估气象因子变化对蒸散发的贡献程度,进而分析流域近50 a来参考蒸散发量的变化及其原因.结果表明:淮河流域绝大部分地区的年参考蒸散发总量呈下降趋势,淮河以北地区的下降趋势比淮河以南地区更为显著.造成这种变化的主要原因是太阳辐射量的减少和风速的降低,淮河以南地区受相对湿度变化的影响,下降幅度小.     

基于蒸散发同化的流域ET过程模拟研究

采用集合卡尔曼滤波同化水文模型与遥感模型反演的蒸散发(ET)结果,获得更接近真实情况的ET,并利用同化后的ET结果进一步优化水文模型,从而获取连续精度较高的区域ET.通过对北京市沙河流域1999—2007年的ET过程研究显示,运用本方案可以改善水文模型对ET的估算精度,模拟出精度较高的流域蒸散发过程.     

气候变化下乌江流域蒸散发互补关系变化及成因辨识

为了阐明气候变化下乌江流域蒸散发互补关系的变化及其成因,利用乌江思南以上流域1961-2007年的水文、气象资料,验证了该区域蒸散发量存在互补关系;采用蒸散发互补关系模型和两参数月水量平衡模型估算该区域蒸散发量,并分析了气候变化下该区域蒸散发互补关系的变化.结果表明:乌江流域蒸散发互补关系显著,基于互补关系估算的该流域...     

常用遥感蒸散发模型干湿限的新定义及数值模拟

为解决目前常用遥感蒸散发模型干、湿限选取不确定性导致蒸散发反演结果存在的空间歧义性,对遥感蒸散发模型干限、湿限进行重新定义。对干湿限进行垂向一维热扩散数值模拟,以验证重新定义的干湿限能量分配假设及部分重要遥感参数取值的合理性。利用疏勒河流域地下水均衡试验场土壤剖面温度数据对干限温度进行验证,均方根误差为1.68K;利用参考作物蒸散量对湿限蒸散量进行验证,线性回归确定性系数约为0.90。研究结果表明:重新定义的干湿限推导求解方案合理,有助于避免遥感蒸散发模型中的空间歧义性。     

基于BEPS-Terrainlab v2.0模型鄂西犟河流域1999年—2016年蒸散发模拟分析

蒸散发在水循环中占据着重要地位,采用模型模拟法研究小流域尺度的蒸散发具有高时间、空间分辨率的优势.该文选取湖北省十堰市犟河流域为研究区,基于BEPS-Terrainlab v2.0模型,利用Landsat5-8遥感影像和气象资料等数据,以日为时间步长模拟了研究区内1999年—2016年的蒸散发.模拟结果与MODIS蒸散发产品MOD16A2进行对比,二者年内变化相关系数R2＝0.92,MODIS数据时空分辨率均低于模拟数据,但也在一定程度上验证了模拟的可靠性.模拟结果显示：时间变化上,流域内蒸散发在年内呈单峰状分布(春季156.9 mm、夏季302.5 mm、秋季133.5 mm、冬季18.5 mm);年际上呈现波动变化,有一定周期性,总体有上升趋势.空间分布上,流域内蒸散发分布植被区高于非植被区,不同植被类型蒸散发不同(阔叶>混交>针叶>农田),不同高程蒸散发也不同(500～700 m区间内最大).经过相关性分析,气温、太阳辐射对蒸散发年内变化影响较大,通过了0.01的显著性检验;叶面积指数、降水对年际变化影响较大,通过了0.05的显著性检验.     

青藏高原参考蒸散发时空变化特征及影响因素

本研究基于青藏高原75个气象站点1970-2009年的地面气象观测数据,根据Penman-Monteith模型估算了高原参考蒸散发(ETref),分析了高原ETref的年、季节及月变化趋势,发现高原年和季节ETref呈明显下降趋势,年下降趋势为-0.6909mm/a;具有最大减少值的季节是4-6月,平均-0.1978mm/年,随后依次为7-9月,1-3月和10-12月.去趋势分析表明,风速的下降和净辐射的减少是ETref减少的主要原因;敏感性分析表明ETref对净辐射的变化最敏感,其次是相对湿度、风速和气温.     

红原县参照蒸散发的计算和影响因子分析

为研究高寒地区参照蒸散发与气候因子之间的关系,以红原县为研究对象,收集了红原县7年的气象因子监测数据,利用Penman-Monteith(P-M)方法计算了该区域的参照蒸散发量并对其时间变化特征进行了分析.结果表明:该区域参照蒸散发存在明显的季节性变化,在夏季达到最高值.同时,通过单因子敏感性分析方法,研究了该区域气象因子对参照蒸散发的影响.研究发现,对参照蒸散发影响较大的气象因子依次为大气压、气温和日照时数.     

伏牛山地区潜在蒸散发变化特征及成因分析

基于河南省西部22个县市的22个气象站点及相邻的陕西省丹凤县和商南县的2个气象站点2016—2017年的逐日气象数据,运用Penman-Monteith模型,估算伏牛山地区潜在蒸散发量,分析其时空分布特征,并运用相关分析和地理探测器方法探讨其空间差异的主要驱动因素.结果表明:①伏牛山地区年潜在蒸散发量平均值为792.89 mm,空间上呈自南向北递增;春夏两季潜在蒸散发量对全年潜在蒸散发量贡献最大,占全年的71.53%.②该地区潜在蒸散发量具有明显的年内分配特征,整体表现为先增大后减小,最高值出现在7月,最低值出现在1月.③该地区潜在蒸散发量与降水量相关性最大,呈显著的负相关关系;地理探测器结果发现,降水量对潜在蒸散发量空间差异的贡献率最大,且降水量与其他因素的交互作用贡献率显著增大,表明潜在蒸散发量的空间差异是由降水量与其他因素相互作用、共同影响产生的.     

基于SEBAL模型的小麦-玉米轮作区蒸散发时空格局及影响因素——以山西省侯马市为例

蒸散发（ET）的精确计算是区域水资源开发保护以及农业发展的重要环节.基于SEBAL模型本研究以Landsat数据和气象数据为基础,计算了2019年山西省侯马市小麦-玉米轮作区农作物典型生育期的ET值,并分析了其时空分布格局及影响因素.结果表明：气象站实测数据与SEBAL模型计算值进行对比,平均绝对误差为0.71 mm/d,平均相对误差为11.58%,均方根误差为0.74 mm/d,SEBAL模型计算精度较高;小麦、玉米在拔节期蒸散发均较大,日均蒸散发分别为6.06、5.48 mm/d;ET在时间上受气象因素影响呈现单峰型变化趋势,具体表现为7月>4月>9月>11月的特征;空间上受地形特征影响整体呈现东南部和西北部偏高,中部与西南部偏低的分布格局;研究区中日照时数为4月与11月蒸散发主导因素,分别占比52.97%、51.63%,相对湿度为7月蒸散发主导因素,占比50.03%,气温则为9月蒸散发主导因素,占比33.95%.