基于MODIS产品影像及陆面能量平衡系统(SEBS)的河北平原区域蒸散估算

地表蒸散是区域水文循环的重要组成部分之一,传统的地表蒸散估算一般基于点上的气象观测数据,当用于区域地表蒸散评价时,具有一定的局限性.随着遥感技术的发展,利用遥感影像能够对大区域进行观测的优势进行区域地表蒸散估算已成为可能.地表能量平衡系统(SEBS)是根据地表能量平衡估算地表蒸散量的一种方法,该方法由于提出了地表能量传输过程中关键制约因素热传导粗糙度的估算模型而在遥感蒸散计算方面具有较高的精度.本文在SEBS模型的基础上,以河北平原为例,采取中分辨率成像光谱辐射仪(MODIS)产品影像,根据研究区下垫面的实际情况进行了参数估算,进行了区域实际蒸发蒸腾量计算及模型精确度评价,并在SEBS模型的基础上,提出了新的"标准化温度差-反照率"特征空间分析方法,对研究区内地表土壤水分现状进行了评价;最后,对河北平原地表蒸散时空分布进行了分析.计算结果表明,在所选取的晴空乌云条件下,根据SEBS模型计算所得的地表蒸散与研究区内利用大型承重式蒸渗仪所测量的地表实际蒸散量具有很好的一致性,说明SEBS模型在遥感蒸散计算方面据有较高的可信度.然而,由于地表蒸散的遥感估算是以所获取的遥感影像单元为基础,计算误差不可避免,尤其是使用低分辨率遥感影像的时候,每个影像单元所反映的地表蒸散为单元内各种地表覆盖的综合反映,当与只反映一种地表覆盖蒸散的大型承重式蒸渗仪测量结果进行比较时,误差是显而易见的,因此,若着重考虑模型精度验证,尚需在以后的研究中考虑使用高分辨率的遥感影像.地表土壤水分或湿度状况是地表能量交换及蒸散发生的主要控制因素.利用地表温度与植被指数的关系对区域地表湿度状况进行监测在实践中被广泛利用,然而,由于不用地区地表属性的千差万别,当利用这种方法进行区域地表湿度评价时,"地表温度-植被指数"特征空间的边界很难确定.本文在SEBS模型的基础上,提出新的"标准化温度差-反照率"特征空间分析方法,对研究区内地表土壤水分现状进行评价,结果显示,由于在SEBS模型中考虑了干限和湿限两种极端情况下的能量平衡,"标准化温度差.反照率"特征空间的边界问题很容易被确定,利用修正的特征空间,可以对区域土壤水分或湿度状况进行客观的评价.下垫面的几何特征参数的精确反演是进行地表能量平衡模拟的基础,目前多根据有关经验公式利用遥感影像进行下垫面几何特征参数估算,由于已有的经验公式多基于不同研究区域获得,当应用到新的研究区时,其具体参数需要进一步调整,以获得对下垫面的几何特征的精确描述.由于缺乏相关实测资料,本研究中利用经验公式进行下垫面几何特征参数,误差不可避免,需要在以后的研究中进行深入探索.另外,地表蒸散的计算只是进行区域水资源评价、农业节水措施评价以及全球变化等研究的一个中间环节,需要在以后的研究中根据具体研究目的进行进一步研究.     

多伦县草原植被覆盖与蒸散量时空变化及其关系

研究内蒙古退化草地的蒸散变化,有利于了解该地区退化草地生态系统水循环,并对该地区草地的水资源合理利用提供重要依据。本研究以内蒙古多伦县为研究对象,利用2001—2017年间生长茂盛期的MODIS数据反演了近17 a该区域植被覆盖度及其日蒸散量的空间分布和变化规律,分析了土地利用和草地退化对蒸散量的影响。结果表明:①不同土地利用类型的植被覆盖度从大到小的顺序为:林地农田居民建设用地草地未利用地水域,不同土地利用类型的日蒸散量从大到小的顺序为:水域林地农田居民建设用地草地未利用地;②2001—2017年间多伦县草地类型以第Ⅲ和Ⅳ等级的草地为主,低等级草地面积有下降的趋势,而优质草地面积有上升的趋势,说明该地区对草原的保护性措施有一定的成效;③2001—2017年间,各等级草地日蒸散量总体无明显变化趋势。除个别年份外,植被覆盖度与日蒸散量呈现一致的年际波动;④综合植被覆盖度与日蒸散量的时空分布格局,分析得出植被覆盖与日蒸散量具有一定的正相关性。     

基于光能利用效率的区域蒸散量反演模型——以玉米种植区为例

以内蒙古河套地区解放闸灌域为研究区域,以实测生物量与土壤含水量及其关系方程为研究基础,建立了基于光能利用效率(radiation use efficiency,RUE)的区域蒸散量反演模型;以陆面能量平衡(surface energy balance algorithm for land,SEBAL)模型为参考,对反演的同一时期的区域蒸散量进行对比分析.结果表明:RUE与SEBAL模型反演的区域蒸散量在空间分布和纹理特征方面具有相似性且相关性较高,决定系数高于农业技术推广支持系统(decision support system for agrotechnology transfer,DSSAT)与SEBAL的;基于RUE建立的区域蒸散量反演模型能够较好地反映区域蒸散量,在监测区植被(或作物)单一的前提下,是一种有效方法.     

基于遥感数据与SEBAL模型的江浙沪地区地表蒸散反演

地表蒸散的准确估算对于研究区域尺度上因气候或土地利用变化引起的水量-能量变化有着重要的意义。本研究集成MODIS数据,利用陆面能量平衡模型(surface energy balance algorithm for land,SEBAL),对江苏、浙江和上海市地区(以下简称江浙沪)地区2002—2015年间生长季的蒸散进行了估算,并使用蒸渗仪地表观测数据对模型进行了验证。在总结蒸散时间扩展方法的基础上,对区域蒸散进行了月、季节尺度的扩展,计算得到区域月、季节尺度的蒸散量。并选取特征年2004年与2013年来分析日尺度与生长季尺度的空间蒸散特征。研究表明,SEBAL模型较适用于江浙沪地区的蒸散估算,该地区的年生长季蒸散范围跨度较大,在空间上呈现南高北低的特征,2004年区域生长季蒸散平均值为930 mm; 2013年为758 mm,低于2004年的蒸散值。对特定地物提取的生长季日平均蒸散进行统计发现,江浙沪地区的自然地物蒸散要高于人造地物,而在自然地物中,水体林地滩涂滩地草地未利用地。而对于人造地物,城镇的蒸散值很低,而水田、旱地以及农村居民点的蒸散值较高。     

ETWatch中的参数标定方法

使用遥感手段估算区域范围的蒸散量一直是热红外定量遥感的研究热点。ETWatch是用于流域蒸散遥感监测、针对遥感应用而设计的集成框架。方法集成了具有不同应用优势的遥感蒸散模型,并以Penman-Monteith方法为基础建立时间扩展方法,利用气象数据与晴好日的通量遥感估算结果,获得逐日连续的蒸散分布图。所生成的从流域级到地块级的数据产品能动态反映区域蒸散发的时空变化规律。为深入了解遥感蒸散量估算中的不确定因素,本文将其通量计算过程分为地表参数获取(以地表温度为主)、日净辐射、蒸发比等环节与地面数据进行对比和逐项的标定。并分别采用地表阻抗扩展法和蒸发比不变法进行了时间插补的对比研究。利用站点地面观测资料对蒸散遥感监测产品的验证表明,在全年内模型蒸发比结果与实测的时段平均蒸发比的相关系数可达到0.7左右,在更长的时间尺度上(月、季、年)平均百分比误差可以减小到10％以下。     

非单一地表对AVHRR图像计算所得蒸散的影响分析

针对中国人多地碎的特点，将AVHRR图像和高空间分辨率图像配准，利用一种气象－遥感综合模型分别计算AVHRR像元整体及对应高分辨图图像中作物区的蒸散，给出两者之间的差异，分析并检验利用AVHRR图像计算大区域蒸散中由非单一地表产生的误差，并给出一种适用于所研究区域的相应的统计订正方法。     

利用天宫一号高光谱红外谱段估算青藏高原地表通量与蒸散量

利用天宫一号高光谱红外谱段,结合准同步的Aqua MODIS (MYD021KM) 资料,在对地表特征参数估算的基础上,利用地表能量平衡系统模式计算藏北高原地区的地表通量与蒸散量.结果表明基于天宫一号高分辨率高光谱红外谱段的地表通量与蒸散量估算结果和地表实际状况吻合,具有很大的应用潜力.     

农田水分生产率估算方法及应用

水分生产率是评价农业灌溉用水管理水平和节水效果的一个重要指标.本文利用遥感数据定量估算了流域平原区的蒸散量和干物质量,采用经验的收获指数计算了海河流域2003-2008多年平均水分生产率.通过在水资源三级分区的统计结果分析表明：遥感估算的水分生产率可以反映单方水产出的空间差异,海河流域平原平均水分生产率为0.99kg/m3,变化范围为0.02-2.13kg/m3,总体水平较低,南北差异较大。通过ET,产量和水分生产率关系的分析表明水分生产率与产量线性相关(R＝0.97),提高产量将一直是流域提高水分生产率的重要研究方向。水分生产率与产量随ET变化均为先线性增加后减小的特点,在两季作物区当年耗水量在335-575mm范围变化时,水分是影响产量和水分产出效益的关键因子,要着重提高中低产区域的水分生产率; 当耗水量超过575mm,水分不是唯一的限制因子,以提高作物的收获指数为重点。     

地磁适配性分析方法研究

针对地磁适配性分析中,单一的特征指标不能满足适配性精度要求的问题,该文提出一种多指标综合评价体系方法,建立以地磁标准差、地磁信息熵、相关系数及粗糙度为一体的综合评价模型;在确定权重方面,由于主观赋权法及客观赋权法各有优缺点,提出利用主、客观加权赋权法组合权重来确定每个指标的权重系数.能够较好地利用地磁的各种特征信息对地磁基准图候选区域进行综合分析,实现分析结果的全面性.基于多指标融合的地磁适配性分析的MATLAB仿真结果表明:运用此方法能够直观地反映出各候选区域适配性能的好坏,该方法在评价地磁适配性方面有效,其方法可应用于地磁匹配导航领域的研究.     

基于遥感的蒸散与土地利用及主要地表参数的关系研究——以乌裕尔河下游为例

以TM/ETM+影像为数据源,利用自动分类与目视解译相结合的方法提取了研究区1992～2001年共5个时相的土地利用信息;采用SEBAL模型估算影像过境当天的日蒸散量;最后对蒸散与土地利用变化、植被覆盖度及地表温度等地表参数之间的关系进行了相关性分析。结果表明:水体、湿地具有较高的日蒸散量,草地、旱地、林地次之,盐碱地、居民地最低。说明蒸散与地表温度、植被覆盖度等密切相关,土地利用变化是引起上述变化的主要驱动力之一。     

ETWatch的模型与方法

流域水量平衡分析是水资源现状评价与水资源合理调度研究工作中的一个核心。本文基于遥感技术估算的蒸散,结合监测统计数据,提出了流域耗水平衡方法,以海河流域为例进行了2002-2007年流域及子流域的耗水平衡分析,流域多年平均蓄变量为-62.3亿方,其中农业生产是流域水资源消耗的主要大户,占耗水总量的54.3%,年际变动范围较小（-5%~8%）。通过流域蓄变量变化和流域蒸散结构的分析,揭示海河流域存在的水资源问题,为流域水资源管理和节水型社会建设提出建议。     

区域蒸散发量的遥感模型方法研究

蒸散是水资源管理的一个重要参数。与传统的蒸散计算方法相比,利用遥感进行蒸散研究具有快速、准确、大区域尺度及地图可视化显示等特点。本文通过研究,提出了基于能量平衡方法遥感反演蒸散发的计算模型,指出了模型参数的求解方法,建立了基于MOD IS遥感数据的大区域蒸散发遥感反演技术方法。通过对石羊河流域进行试验,反演误差基本小于10%,并且具有进一步推广的技术前景。     

流域耗水平衡方法与应用

流域水量平衡分析是水资源现状评价与水资源合理调度研究工作中的-个核心.本文基于遥感技术估算的蒸散,结合监测统计数据,提出了流域耗水平衡方法,以海河流域为例进行了2002年-2007年流域及子流域的耗水平衡分析,流域多年平均蓄变量为-62.3亿m3,其中农业生产是流域水资源消耗的主要因素,占耗水总量的54.3%,年际变动范围较小(-5%-8%).通过流域蓄变量变化和流域蒸散结构的分析,揭示海河流域存在的水资源问题,为流域水资源管理和节水型社会建设耗水控制和节水方案提出建议.     

An approach to estimate the evapotranspiration using NOAA/AVHRR DATA

Evapotranspiration (ET) is continued process wherein moisture from soil and vegetated surface is transferred to the atmosphere. Changes in evapotranspiration are likely to have large impacts on terrestrial vegetation. Evapotranspiration is a seasonally varying property at a given place; changes in it reflect the status of soil moisture and terrestrial vegetation. Through water balance, ET can include major shifts in vegetative patterns and or its condition leading to climate change. Therefore, in this paper, it is attempted to estimate the evapotranspiration over various land cover using National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)/ Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) data at coarse spatial resolution of 1.1 km. For this purpose, a semi-empirical model has been proposed to estimate the ET. Regression analysis has been carried out to develop an empirical relation between individual land cover surface temperature and ET, which will be helpful to know the effect of each land cover surface temperature on ET. In which, it is observed that surface temperature over grassland is more effective on ET in comparison to other land cover in March 1999 on the Mupfure, Zimbabwe catchment area. This type of estimation will be helpful for climate modeler, climatologists, ecosystem modeler and regional planner.     

基于蒸渗仪的蒸散量时间尺度扩展方法对比

蒸散量（ET,Evapotranspiration）时间尺度扩展方法模拟效果受多种因素影响。本文利用蒸渗仪实测的冬小麦生育期ET数据,对比分析基于蒸发比、作物系数和冠层阻力的不同ET时间尺度扩展方法的估算效果。结果表明,对小时到日尺度的ET时间扩展而言,利用上午时段（10：00-11：00）的ET实测数据,基于冠层阻力的日ET尺度扩展值估算效果要优于基于蒸发比和作物系数的效果,而利用下午时段（14：00-15：00）的ET实测数据,基于作物系数的日ET尺度扩展值估算效果要优于基于蒸发比和冠层阻力的效果,对于从典型日到生育期尺度的ET时间扩展,基于作物系数的生育期ET尺度扩展值估算效果要好于基于蒸发比和冠层阻力的效果。应根据当地的气候气象条件、作物种植状况、时间尺度扩展类型、土壤水分、ET观测设施种类等因素,择优适宜的ET时间尺度扩展方法。     

Satellite detection of increases in global land surface evapotranspiration during 1984–2007

Abstract

As a key component of digital earth, remotely sensed data provides the compelling evidence that the amount of water vapour transferred from the entire global surface to the atmosphere increased from 1984 to 2007. The validation results from the earlier evapotranspiration (ET) estimation algorithm based on net radiation (R _n ), Normalised Difference Vegetation Index (NDVI), air temperature and diurnal air temperature range (DTaR) showed good agreement between estimated monthly ET and ground-measured ET from 20 flux towers. Our analysis indicates that the estimated actual ET has increased on average over the entire global land surface except for Antarctica during 1984–2007. However, this increasing trend disappears after 2000 and the reason may be that the decline in net radiation and NDVI during this period depleted surface soil moisture. Moreover, the good correspondence between the precipitation trend and the change in ET in arid and semi-arid regions indicated that surface moisture linked to precipitation affects ET. The input parameters R _n , T _air, NDVI and DTaR show substantial spatio-temporal variability that is almost consistent with that of actual ET from 1984 to 2007 and contribute most significantly to the variation in actual ET.     

Assessment of the EUMETSAT LSA-SAF evapotranspiration product for drought monitoring in Europe

Evapotranspiration is a key parameter for water stress assessment as it is directly related to the moisture status of the soil-vegetation system and describes the moisture transfer from the surface to the atmosphere. With the launch of the Meteosat Second Generation geostationary satellites and the setup of the Satellite Application Facilities, it became possible to operationally produce evapotranspiration data with high spatial and temporal evolution over the entire continents of Europe and Africa. In the frame of this study we present an evaluation of the potential of the evapotranspiration (ET) product from the EUMETSAT Satellite Application Facility on Land Surface Analysis (LSA-SAF) for drought assessment and monitoring in Europe.To assess the potential of this product, the LSA-SAF ET was used as input for the ratio of ET to reference evapotranspiration (ET₀), the latter estimated from the ECMWF interim reanalysis. In the analysis two case studies were considered corresponding to the drought episodes of spring/summer 2007 and 2011. For these case studies, the ratio ET/ET₀ was compared with meteorological drought indices (SPI, SPEI and Sc-PDSI for 2007 and SPI for 2011) as well as with the anomalies of the fraction of absorbed photosynthetic active radiation (fAPAR) derived from remote sensing data. The meteorological and remote sensing indicators were taken from the European Drought Observatory (EDO) and the CARPATCLIM climatological atlas.Results show the potential of ET/ET₀ to characterize soil moisture variability, and to give additional information to fAPAR and to precipitation distribution for drought assessment. The main limitations of the proposed ratio for drought characterization are discussed, including options to overcome them. These options include the use of filters to discriminate areas with a low percentage vegetation cover or areas that are not in their growing period and the use of evapotranspiration without water restriction (ET_wwr), obtained as output of the LSA-SAF model instead of ET₀. The ET/ET_wwr ratio was tested by comparing its accumulated values per growing period with the winter wheat yield values per country published by Eurostat. The results point to the potential of using the remote sensing based LSA-SAF evapotranspiration and the ET/ET_wwr ratio for vegetation monitoring at large scale, especially in areas where data is generally lacking.     

基于AHP和GIS的扬泰地区浅层地下水脆弱性评价

地下水脆弱性评价是保护地下水资源的重要手段,本文根据扬泰地区浅层地下水的水文地质条件,对DRASTIC模型进行了修改。选取地下水位埋深、大气降水入渗净补给量、含水层介质、含水层厚度、地形坡度、包气带介质影响、含水层富水性7个因子作为评价因子,利用层次分析法确定各因子的权重值,建立了符合扬泰地区浅层地下水脆弱性评价模型;利用ArcGIS10．0软件的空间叠加分析功能,编制了扬泰地区浅层地下水脆弱性评价等级图,评价结果与该地区实际水文地质条件基本吻合,对扬泰地区的地下水资源保护和区域规划具有一定的参考价值。