金沙江流域实际蒸散发遥感重建及时空特征分析

通过构建基于重力卫星的实际蒸散发重建方法来获取高精度的实际蒸散发信息,为研究气候变化下的水循环规律提供关键信息。利用GLDAS陆面模式同化数据对GRACE重力卫星水储量观测数据进行空间降尺度,通过水量平衡法,重建了金沙江流域2002-2016年的子流域尺度实际蒸散发月序列。结果表明:①基于重力卫星观测与水量平衡方法重建的实际蒸散发（ET_Recon）与ET_PLSH、ET_Jung和ET_MODIS3种遥感反演产品相比有较高的可靠性,其中与ET_PLSH的相关性最高（r=0.82）,与ET_Jung的平均差和均方根差最小。②研究区年均实际蒸散发为410.8 mm/a,空间分布上由西北向东南递增,年际变化上呈增加趋势。③季节尺度上,实际蒸散发夏季最高,呈逐年增加趋势;冬季最低,波动较平稳。     

2009-2010年青藏高原土壤湿度的时空分布特征

利用2009年7月1日至2010年6月30日中国气象局研制的多源土壤温湿度融合分析产品, 分析了青藏高原地区不同深度的土壤湿度分布特征. 结果表明: 青藏高原土壤湿度具有显著的季节变化特征, 即春季土壤湿度最大, 夏季次之, 秋季最小; 土壤湿度呈现出浅层和深层低湿、中间层高湿的特点, 且土壤湿度由浅到深层变化幅度逐渐减小. 随着温度回升, 3-8月为土壤湿度增加时段, 湿度增加区域从藏东南向西北、塔里木盆地向藏东北扩展, 9月以后土壤湿度呈大范围减小. 随着季节变化, 浅层土壤湿度高湿度区域从南部向北部移动, 中间层土壤湿度的变化与浅层相反, 深层土壤湿度季节变化差异不大, 高湿度区域基本位于高原南部.     

夏季黑河流域蒸散发量卫星遥感估算研究

依据空气动力学方法和蒸散发量时间尺度扩展方案,利用MODIS资料和气象资料,计算中国西北内陆河黑河流域复杂地形下,2004年夏季7月蒸散发量空间分布及总量。利用Landsat-5TM资料对比分析发现,估算地表水热传输过程时,采用高分辨率遥感资料的估算结果受下垫面非均匀性影响程度,明显小于采用中分辨率资料。通过"金塔实验"湍流观测资料验证表明,利用高分辨率资料估算日蒸散发量的相对误差在10%以内。对月蒸散发量计算分析表明,黑河流域海拔2000m以上祁连山区,7月平均蒸散发量是海拔2000m以下山前地区的2.2倍,而山前平原区绿洲(NDVI>0.10区域)平均蒸散发量又是荒漠戈壁地区的12.3倍。因此,流域中下游绿洲地区特别是农业灌溉区是夏季主要水资源消耗区。     

基于MOD16产品的淮河流域实际蒸散发时空分布

蒸散发是陆面过程中的重要环节,联系着陆面水循环和地表能量平衡.淮河流域地处中国南北气候过渡带,对淮河流域实际蒸散量时空变化的研究,有助于深入理解中国气候过渡带水循环对全球气候变化的响应.应用遥感技术对淮河流域MOD16_ET数据进行精度验证,并分析2000-2014年淮河流域蒸散发时空分布特征.结果表明:MOD16_ET产品在淮河流域内的精度总体上符合要求;淮河流域多年平均蒸散发的空间分布整体上呈南高北低,季节蒸散量的空间分布与年蒸散量的空间分布大体一致;近15 a淮河流域平均的实际蒸散量变化范围为531.7~634.0 mm,且存在不显著的下降趋势,实际蒸散量的季节变化大致呈单峰型分布,且季节变化较为明显,夏季(257.2 mm) >春季(143.7 mm) >秋季(120.7 mm) >冬季(66.6 mm);淮河流域西北部,夏、秋、冬三季的季节蒸散量变化速率对年蒸散量变化速率的贡献较大;淮河流域东部,春季的蒸散量变化速率占年蒸散量变化速率的比重较大.研究结果对于淮河流域内水资源短缺问题的解决、有限水资源的合理利用以及旱涝灾害的监测和预警有着重要的意义.     

基于SEBS模型和Landsat 8数据的黑河下游蒸散发时空特性分析

对黑河下游地区蒸散发量的估算及其时空特性的研究,有助于进一步了解流域水循环,合理利用水资源,防止生态环境进一步恶化。利用SEBS模型估算了黑河下游额济纳绿洲2014年15天的日蒸散量,将SEBS估算的日蒸散与不同下垫面5个站点的EC实测值进行对比,其均方根误差和确定性系数分别为1.2 mm、0.85（5个站点）,0.5 mm、0.96（2个站点）,表明SEBS模型的结果是合理的,可以适用于黑河下游额济纳绿洲地区的地表蒸散量的估算。同时分析了黑河下游蒸散发的时空变化规律,结果表明,黑河下游额济纳绿洲地区,蒸散发在时间上存在明显的季节变化规律：夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季;空间上呈现明显的沿河分布的趋势。不同土地覆被类型蒸散发有相似的季节变化特征,但其季节变化幅度并不相同,规律为：水体 > 耕地 > 灌丛地 > 草地 > 裸土地 > 沙地。     

典型岩溶区潜在蒸散发变化及其影响因素

蒸散发过程是联系大气过程和陆面水文过程的关键环节,对区域/流域水循环过程和水量平衡具有重要影响。岩溶区,地表生态环境脆弱,对气候变化响应敏感,蒸散发可能是联系大气、水、热交换和碳循环的关键生态水文过程。准确地估算蒸散发对于深入研究岩溶水循环响应气候变化、碳循环、生态修复等具有重要作用。本文选择典型岩溶区桂林市为研究对象,基于1951~2015年桂林市气象站逐日气象数据,采用Penman- Monterith方法计算了潜在蒸散发量,利用Mann- Kendall非参数检验法和相关性分析研究桂林市潜在蒸散发的变化趋势及其影响因素。研究结果表明,桂林市潜在蒸散发具有明显的年、年际和季节尺度变化特征。1951~2015年桂林市潜在蒸散发呈显著的减小趋势,变化速率为-8. 02 mm/10a;夏季、秋季和冬季潜在蒸散发呈下降趋势,而春季呈微弱的上升趋势;夏季潜在蒸散发的显著减小是影响年蒸散发下降的主要原因;桂林市潜在蒸散发在1967和2003年左右发生突变;通过Mann- Kendall趋势检验和相关性分析得出,桂林市平均气温、最高、最低气温呈显著的上升趋势,而风速、相对湿度、日照时数呈显著的下降趋势;日照时数是影响桂林市潜在蒸散发变化的主要因素,其次是风速。     

青藏高原春季土壤湿度与中国东部夏季降水之间的关系

应用SVD方法分析了青藏高原地区春季土壤湿度异常和中国东部地区夏季降水之间的关系.结果表明,青藏高原不同地区、不同深度的土壤湿度与中国东部夏季降水的相关特征不同.青藏高原东北部和西北部0~10cm深度(表层)土壤湿度与中国华北、东北地区的夏季降水为正相关,而与华南地区为负相关;青藏高原中部及南部0~10cm表层土壤湿度与华北地区夏季的降水有较强负相关;青藏高原北部及东部10~200cm深度(深层)土壤湿度与华北、东北地区的夏季降水为负相关,而与华南地区夏季降水为正相关;青藏高原中东部10~200cm深层土壤湿度与长江中下游和华南大部分地区夏季降水呈负相关关系.即青藏高原不同地区、不同深度层春季土壤湿度的变化,对中国东部地区的夏季降水具有显著影响.     

卫星降雨数据在高山峡谷地区的代表性与可靠性

以长江上游金沙江流域典型高山峡谷地区为研究对象,用该区域地面观测降雨量数据对TRMM PR 3B42 V6产品进行了3 h、日、月3个时间尺度的有效性评估,旨在为开展区域卫星与地面降水数据融合的流域水文模拟及预报奠定数据基础。分别采用了线性回归方法分析降雨量相关性、经验正交函数-奇异值分解方法(EOF-SVD)分析降雨量主要模态空间分布特征、相对偏差B_ias、错报率R_FA和探测率P_D指标对该卫星产品进行了精度评定。研究结果表明:研究区该卫星产品与地面观测数据在3个时间尺度存在显著的线性时间和空间相关性,但相关程度随时间尺度的减小而减弱;二者在空间分布上总体具有一致性特征,但在高海拔、大坡度区域表现出较为显著的差异;相对偏差指标显示2008-2010年降雨量均值相对偏差在±10%的概率密度百分数为36.08%;随高程的增加,卫星数据R_FA呈逐渐增加趋势变化,P_D呈逐渐减小趋势变化;总体上小雨对误差的贡献最大,大雨峰值误差贡献次之,时段降雨量偏差随时间尺度的增加逐渐减小,而随高程的增加卫星数据的探测精度下降。因此,对于类似的高山峡谷流域,要应用该卫星产品进行日、3 h尺度水文模拟及预报,有必要对流域卫星数据和地面观测数据进行融合,充分发挥两种数据的优势。     

近20年三江平原地表蒸散发时空特征及驱动因素分析

分析地表蒸散发时空变化规律及驱动因素,对促进区域水资源的科学分配、做好生态系统水源保护具有重要意义。本文基于MOD16蒸散发遥感数据产品,采用趋势分析及显著性检验法,深入分析了近20年三江平原地表蒸散量的时空变化特征,根据Penman-Monteith公式选取与地表蒸散量（ET）相关的驱动因子,分析各驱动因子对地表蒸散量变化的影响,并构建岭回归统计模型,分析研究地表蒸散量变化的主要驱动因子及其相对贡献率。结果表明：近20年三江平原地表蒸散发（ET）年际起伏特征明显,整体呈上升趋势;研究区内91.53%的地区ET呈增加趋势,且ET分布的地域差异逐年缩小;年内ET呈单峰型周期性变化,季节差异性明显;研究区坡度对ET有正向影响,高程和风速对ET有负向影响;气温、日照时数、降水量及NDVI与ET均呈正相关性,其中降水量与ET相关性最为显著;构建岭回归驱动分析模型的决定系数R²为0.823,能够有效解释各驱动因素与ET的关系。模型计算结果表明：降水量和植被覆盖度对三江平原地表蒸散量影响较大,是影响地表蒸散量变化的主要驱动力。     

黄河流域宁夏段产水量时空变化分析

基于InVEST模型分析2000年、2010年、2020年的降水、参考蒸散发、土地覆盖状况等变化特征,空间可视化研究产水量时空分布特征及影响因素。结果表明,2000—2020年,宁夏降水量呈年际波动、总体上升,南高北低的特征;潜在蒸散发为南低北高,年际变化不大;耕地面积有所增加,不透水面显著增加,主要贡献来自草地和裸地。研究区产水量变化较为显著,从2000年的7.48亿m3到2020年增加至12.14亿m3,清水河流域以南贡献了全区超过80%的产水量,气候条件变化是影响产水量变化的主要驱动力。空间可视化结果可直接反应产水量的空间差异,在水资源开发保护、高效利用等方面有重要应用意义。     

基于卫星的水资源监测预报技术应用与研究

基于卫星遥感的降水监测的基本方法是建立云顶温度与象素点降水的统计相关关系,同时利用卫星信息在地面雨量站点间进行雨量插值。基于气象卫星的实际蒸散发计算通过定标、大气订正、空气温度、总辐射、净辐射、显热通量等步骤计算。降雪处理的依据是降雨和地表温度。融雪计算的基础是能量平衡,融雪发生时刻用雪盖的寒冷度估算。决定土壤冻结的因素能量平衡和温度。土壤冻结逆方程可用于确定土壤解冻的深度。坡面径流以用二维扩散过程模拟。河道部分以有侧向入流的Muskingum-Cunge方法为基础。     

不同地表覆盖条件下区域水分盈亏的遥感分析——以中国北方为例

依据能量平衡和水分平衡原理，建立不同地表覆盖条件下的区域缺水计算方法，实现了利用遥感数据对我国北方缺水状况的宏观监测和快速反应。模型的具体步骤是：首先，利用NOAA/AVHRR数字影像进行地表覆盖分类，结合气象数据建立区域实际蒸散模型，并利用经联合国粮农组织修正的Penman公式计算区域潜在蒸散量。然后，由区域实际蒸散量和潜在蒸散量，构造出反映区域缺水程度的缺水指数。最后，利用该方法对1999年7月我国北方的区域水分盈亏状况进行了研究，讨论了区域缺水指数与土壤墒情、背景环境参数、地表覆盖类型的关系。     

Spatio-temporal variability in remotely sensed surface soil moisture and its relationship with precipitation and evapotranspiration during the growing season in the Loess Plateau,China

The distribution and variability of surface soil moisture at regional scales is still poorly understood in the Loess Plateau of China. Spatial and temporal dynamics of surface soil moisture is important due to its impact on vegetation growth and its potential feedback to atmospheric and hydrologic processes. In this study, we analyzed surface soil moisture dynamics and the impacts of precipitation and evapotranspiration on surface soil moisture using remote sensing data during the growing season in 2011 for the Loess Plateau, which contain surface soil moisture, precipitation, vegetation index and evapotranspiration. Results indicate that the areas with low surface soil moisture are mainly located in the semi-arid region. Under dry surface soil moisture, evapotranspiration temporal persistence has a higher positive correlation (0.537) with surface soil moisture temporal persistence, and evapotranspiration is very sensitive to surface soil moisture. But under wet surface soil moisture regime, surface soil moisture temporal persistence has a higher negative correlation (?0.621) with evapotranspiration temporal persistence. Correlation of surface soil moisture and monthly precipitation, evapotranspiration and vegetation index illustrated that precipitation was a significant factor influencing surface soil moisture spatial variance. The correlation coefficients between monthly surface soil moisture and precipitation was varied in different climatic regions, which was 0.304 in arid, 0.364 in semi-arid, 0.490 in transitional and 0.300 in semi-humid regions. Surface soil moisture is more sensitive to precipitation, evapotranspiration, in transitional regions between dry and wet climates.     

Satellite remote sensing applications for surface soil moisture monitoring: A review

Surface soil moisture is one of the crucial variables in hydrological processes, which influences the exchange of water and energy fluxes at the land surface/atmosphere interface. Accurate estimate of the spatial and temporal variations of soil moisture is critical for numerous environmental studies. Recent technological advances in satellite remote sensing have shown that soil moisture can be measured by a variety of remote sensing techniques, each with its own strengths and weaknesses. This paper presents a comprehensive review of the progress in remote sensing of soil moisture, with focus on technique approaches for soil moisture estimation from optical, thermal, passive microwave, and active microwave measurements. The physical principles and the status of current retrieval methods are summarized. Limitations existing in current soil moisture estimation algorithms and key issues that have to be addressed in the near future are also discussed.     

用卫星资料反演中国西北地区东部蒸散量的遥感模型

根据定西干旱气象与生态环境试验基地的麦田微气象观测和研究区的124个气象站常规资料,结合NOAA-16/AVHRR的资料,采用地表能量平衡算法的卫星遥感模型估算了中国西北地区东部4～8月的日蒸散量及其区域分布,并按气候和土地利用类型分别统计灌溉农田、干旱草地、冬春小麦农田、针阔混合林、常绿林和沼泽草甸等不同地表的蒸散量平均值和标准差,揭示了作物不同生育期自南到北由湿润的常绿林区至半干旱雨养农田直到干旱的荒漠地带的蒸散递减的分布特征.模型探索了卫星遥感无法得到近地层气温的难点,从而提高计算精度.经试验区54站蒸发皿推算的日蒸散量检验,相对误差为16.6%,与定西用LI500型CO₂/H₂O通量仪实测的日蒸散量误差仅16.2%.结果表明计算的蒸散量与实测值在整个试验区内有良好的一致性.     

GIS与遥感支持下基于层次分析法的土壤水资源分布研究——以石家庄市为例

开发了一个在GIS与遥感支持下基于层次分析法获得区域土壤水资源分布的新方法。本方法首先根据待研究区的特征选取土壤水影响因子,用层次分析法确定因子权重,建立土壤水资源评价模型,以2000年石家庄市为例,选取6个土壤水影响因子,分别是降水、蒸发、海拔、坡度、土壤孔隙度、土地利用方式,最后基于GIS的空间分析功能实现了石家庄市土壤水资源分级。该方法可为快速获取区域土壤水资源分布提供新的途径。     

卫星遥感反演土壤水分研究综述

土壤水分是影响地表过程的核心变量之一。精准地测量土壤水分及其时空分布,长期以来是定量遥感研究领域的难点问题。简要回顾基于光学、被动微波、主动微波和多传感器联合反演等卫星遥感反演土壤水分的主要反演算法、存在的难点和前沿性研究问题,介绍了应用土壤水分反演算法所形成的3种主要全球土壤水分数据集,包括欧洲气象业务卫星（ERS/MetOp）数据集、高级微波扫描辐射计（AMSR-E）数据集、土壤湿度与海洋盐分卫星（SMOS）数据集,并结合目前存在的问题探讨卫星遥感反演土壤水分研究的发展趋势。     

MODIS在水文水资源中的应用与展望

MODIS是新一代遥感技术,其遥测数据与其他单独的遥感平台(如NOAA和Land Sat)所获得的数据相比,具有免费、较高时间分辨率(0.5d)、空间分辨率(250m)和光谱分辨率(波谱范围0.4～14μm,36个光谱通道)等优势和特点.详细介绍了国内外的研究现状,着重对MODIS在洪水过程和洪灾范围实时动态监测、冰川和积雪、降水、植被、土壤水分、蒸发、水文模型、水质等方面的应用和研究进展进行了评述,指出MODIS在水文水资源中具有广阔的应用前景.     

Seasonal changes in the soil moisture distribution around bare rock outcrops within a karst rocky desertification area (Fuyuan County,Yunnan Province,China)

The spatial and temporal soil moisture distribution is an important control on surface ecological processes in areas with rock outcrops resulting from karst rocky desertification (KRD). To explore the local effects of bare rocks within different seasons, soil moisture was measured in a KRD region (Fuyuan County, Yunnan Province, southwest China) at different depths and in different directions and distances from rock outcrops in both the dry and the wet seasons. The soil moisture north and east of the rocks was higher compared to the other directions and to the control plot. This effect is attributed to the shading by the rocks. The shading effect is evident in all seasons but more pronounced in the dry season. In the wet season, the directional dependency is restricted to the surface layer and the increase in soil moisture with depth is more pronounced around the rocks than at the control plot. This is attributed to precipitation-induced runoff from the rock outcrops infiltrating into the deeper layers at the rock–soil interface. These findings suggest the redistribution of water in the wet season and the spatial variation of evapotranspiration in the dry season are factors controlling the local soil moisture pattern around the rock outcrops.     

古尔班通古特沙漠树枝状沙丘土壤水分时空变异特征

认识沙漠土壤水分的时空变异性,是揭示沙漠生态系统生态-水文格局的基础。利用中子土壤水分仪的实测数据,对古尔班通古特沙漠树枝状沙丘土壤水分时空变异进行了系统分析。研究表明:① 沙丘不同部位土壤水分随时间具有一致性变化规律,上层土壤和下层土壤的变化趋势有所不同。0~1 m土层坡顶>坡中>坡脚,1~2 m土层坡脚>坡中>坡顶。② 土壤水分具有明显的季节变化和分层变化特征。春季是古尔班通古特沙漠土壤水分最丰富、变化最迅速的时期;0~40 cm、40~140 cm、140~200 cm土层土壤水分变异系数分别为13.56%、5.35%和0.80%,与不同土层水分来源和消耗以及植物根系分布相对应;不同土层土壤水分的变异强度要大于不同部位土壤水分的变异强度。③ 植被和地形对土壤水分的空间分异作用明显,沙丘坡脚处以及荒漠灌木梭梭根区始终存在土壤水分相对富集区。