基于ETM+与MODIS数据融合的伊洛河流域地表蒸散估算

MODIS数据时间分辨率较高,在对地能量和水分变化监测应用中具有不可比拟的优势。但其空间分辨率较低,混合象元效应显著,尤其在地表土地利用类型复杂和空间异质性较大时,会带来较大的误差。而ETM+数据具备较高的空间分辨率,但其单一的热红外波段导致反演的地表温度精度不高,且时间分辨率低,因而限制了在地表蒸散监测中的应用。本文探讨了将TM/ETM+与MODIS数据相融合估算区域地表蒸散的一种多尺度遥感方法,利用TM/ETM+计算得到的植被指数,基于空间增强方法将MODIS反演的地表温度尺度提高到30 m,并结合SEBS模型对伊洛河流域的地表蒸散进行了估算。验证与分析的结果表明,估算精度得到提高,研究区当日蒸散量在0～5.32 mm/d之间,空间分布具有明显的地域性差异,区域分布不均衡。     

SEBS模型在黑河流域中游的应用及参数敏感性分析

干旱区的蒸散发（ET）研究对干旱区的水资源管理和生态系统恢复具有重要意义。本文基于SEBS模型和参考作物蒸散量估算2009年3—9月黑河流域中游地区蒸散发。使用涡度相关蒸散数据验证表明,SEBS模型能够有效估算黑河流域中游的蒸散发。从各月的ET分布状况来看,区域平均ET有着明显的月变化;植被生长季内ET总量空间分布差异大,在23.4~752.6 mm之间,区域平均值为428.7mm。通过对SEBS模型参数敏感性分析发现,SEBS模型对地面温度最为敏感,其次是空气温度,再者是风速和反照率,对NDVI和空气湿度的敏感性最小。     

陇西黄土高原陆面蒸散的遥感研究

该文以陆面能量平衡过程为基础,基于定量遥感的理论,提出了适合半干旱区(陇西黄土高原)的陆面蒸散估算遥感模型(SEBS)。结合该区域的NOAA/AVHRR数据、气象观测数据、土地利用数据和地形高程(DEM)数据,依据定量遥感的理论和技术,计算反照率、陆面温度、植被指数和地表比辐射率四个重要地表特征参数。应用SEBS模型,估算了该区域的陆面蒸散量。结果表明：该研究具有较好的理论和实践意义,为陆面过程、植被生产、生态环境保护与生态重建等研究提供科学依据。     

利用Landsat8数据估算干旱区晴天太阳瞬时和日间净辐射

地表净辐射是地球表面的短波和长波辐射输入和输出通量辐射平衡的结果,也是地表蒸散与水热平衡研究中非常重要的方面。利用2014年8月下旬的Landsat8遥感影像,采用BISHT等提出的净辐射估算方法,首先通过计算瞬时大气传输率、瞬时短波太阳辐射和下行长波辐射得到了短波辐射与长波辐射的估算值,并进一步通过计算地表反照率等得到了瞬时净辐射和日均净辐射,最后利用地面实测净辐射值对估算结果进行了验证。研究表明：利用分辨率较高的Landsat8数据和部分气象参数能够很好地模拟该地区晴天的瞬时和日间净辐射的分布,并且与地面实测净辐射值具有较好的一致性,平均误差为14.5 W·m^-2。研究弥补了利用其他遥感数据估算地表辐射参数复杂、精度偏低的缺陷,可以适用于干旱地区的晴天瞬时和日间净辐射值的估算,并且能够有效的提高估算精度。     

一种基于植被指数-地表温度特征空间的蒸散指数

利用遥感获取的植被指数和地表温度信息,进行地表能量和水分平衡过程研究是目前陆表过程研究的前沿。根据地表能量和水分平衡原理,对地表温度(Ts)、植被指数(VI),地表蒸散发(ET)之间的空间关系进行了分析,并基于假设条件,构建了温度植被蒸散指数(TVETI)。为验证TVETI表征地表蒸散的能力,利用环境卫星数据和SEBAL模型,对SEBAL模型中各能量通量构建的蒸散指数与TVETI进行线性回归分析,从2012年4~9月6个不同日期的确定性系数分别为:0.838、0.935、0.912、0.921、0.926、0.825, TVETI能很好的表征地表蒸散能力。通过对SEBAL模型估算的ET和TVETI估算的ET进行交叉验证发现,两者大小一致性显著, TVETI可以实现区域尺度地表蒸散发的快速估算。     

梭梭柴林地蒸散量估算模型的研究

在前人工作的基础上选用Prietley和Taylor的湿润表面蒸发量与相对土壤湿度, 对1992~1994年新疆莫索湾治沙站蒸渗仪的实测资料, 用数理统计方法建立了梭梭柴林地蒸散量的估算模型, 并且检验了该模型的效果。该模型只需常规气象资料和土壤湿度资料, 计算简便, 具有较高的精度, 适应于干旱地区使用。     

遥感蒸散模型的时间重建方法研究

本文提出的遥感蒸散模型的时间重建方法考虑了逐日蒸散可能的变化情况, 在阻抗- 彭曼单层模型的基础 上, 将图像去云处理与时间重建结合在一起, 先使用SEBS 能量平衡余项模型获得晴好日的地表阻抗信息, 选择了 叶面积指数LAI 作为反映植被表面阻抗的参量, 通过时间序列谐波分析(HANTS)获得逐日逐像元的LAI 信息, 将晴 好日的阻抗信息扩展至待定日, 并使用因子函数表达了极端温湿条件对植被叶面阻抗的限制作用。使用中科院禹 城站2003 年作物季的大型蒸渗仪数据对模型所得逐日蒸散结果进行了验证。在作物生长季, 模型结果相对于实测 结果表现出了良好的相关性(R2≈0.7), 远优于作为对比的蒸发比不变法。受单层模型假设局限, 方法在裸地及稀疏 植被上的结果还存在着较大的误差。     

应用遥感方法估算区域蒸散量的制约因子分析

遥感方法估算区域蒸散量应用比较广泛的有两种,一种是完全以地表热量平衡方程为基础．用遥感方法估算出净辐射、土壤热流量和显热通量,然后用余项法求出蒸散量;另一种是以Penman—Monteith方程为基础．结合地表热量平衡方程,直接估算出蒸散量。本文根据国内外的研究现状,对应用遥感方法估算区域蒸散量的制约因子进行了深入的分析,这些制约因子包括(1)图像信息源;(2)反照率、比辐射率和表面温度等地表参数的遥感反演精度;(3)空气动力学阻抗和表面阻抗模型;(4)估算结果的验证方法(5)时间尺度的扩展问题。分析结果表明：长期以来由于这些因子中所涉及到的许多关键技术和难点问题都没得到很好的解决,因而极大地制约着应用遥感方法估算区域蒸散量的发展。通过对制约因子的分析．可以有助于高精度遥感蒸散模型的建立。     

基于多窗口线性回归模型的浙北地区冬季气温估算

气温(Ta)是描述陆地气候环境的一个重要参数,其异常变化直接影响人类的生存环境,因此如何高精度地估算气温成为当前研究的热点。MODIS数据因其分辨率较低不能提供精细的地表信息,为此,本文以更高分辨率的Landsat8影像为数据源,结合自动气象站的气温数据,耦合经纬度、归一化植被指数、归一化建筑指数和改进的归一化水体指数等多种因子,建立了多窗口线性回归模型(Multi-Window Linear Regression Model,MWLR)。最后以浙江北部为研究区,使用MWLR模型对该地区冬季气温进行了估算,模型预测的RMSE在1.458~1.551℃之间,R~2在0.835~0.842之间,当窗口大小为3×3时取最优精度(RMSE=1.458℃,R~2=0.835),优于一般的空间内插方法。研究结果验证了利用MWLR模型和Landsat8影像进行气温估算的有效性,并提供了一种基于遥感数据在局部地区开展高精度和高分辨率气温估算的模型。     

疏勒河上游高寒草甸蒸散对比研究

利用疏勒河上游草地综合观测点2011年草甸主要生长季节的观测资料,应用小型蒸渗仪法(ML)、涡动相关法(EC)、波文比能量平衡法(BREB)对高寒草甸的蒸散量进行估算和比较分析。结果发现:在观测期间涡度相关法与能量平衡法所测定结果存在能量不闭合现象,能量平衡闭合度0.84;波文比法估算的蒸散量为270.6 mm,比蒸渗仪法测定结果(238.9 mm)高13%,比涡度相关法结果(236.1 mm)高出15%。3种方法估算结果均有较好相关性。涡度相关法可能低估蒸散量,波文比能量平衡法对蒸散量有所高估。考虑到蒸散估算精度和连续性观测等方面,涡度相关法更具优势。     

缺测站干旱流域生态输水遥感监测与农业节水效益分析

生态输水与农业节水是实现内陆干旱流域可持续发展的重要手段,连续水文观测资料的缺乏制约了生态输水与农业节水效益评价。为此,以中国甘肃敦煌疏勒河流域下游为例,基于遥感水文站与谷歌地球引擎进行2016—2020年月尺度的生态输水遥感监测,在此基础上结合蒸散发和土地覆盖类型等多源遥感数据评价生态输水与农业节水效益,分析两者之间在水资源方面的平衡关系。结果表明：（1） 遥感水文站与谷歌地球引擎（Google Earth Engine, GEE）能够为生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供可靠的数据支撑。（2） 2017—2020年生态输水能够为下游湿地与河道平均每年提供2.50×10⁸ m³生态用水,其中30.06%的水量到达下游湿地,18.47%的水量被下游河道周边的植被所利用,且使下游河道周边植被面积增加112.25 km²。（3） 农业节水在保持耕地面积维持上升趋势的前提下,2017—2020年平均每年降低耕地的蒸散发量0.395×10⁸ m³;耕地蒸散发减少量平均占生态输水量的14.22%,农业节水有效缓解了内陆干旱流域农业用水挤占生态用水的问题。本文将为内陆干旱缺测站流域的生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供新的思路,以期为未来的生态输水与农业节水工程的实施提供理论支撑。     

基于遥感和SEBAL模型的塔里木河干流区蒸散发估算

运用1985 年、2000 年和2010 年遥感资料与SEBAL 模型估算了塔里木河干流区蒸散发。结果表明：该区蒸散发量较大,介于0~5.11 mm/d之间;靠近河道区蒸散发明显大于远离河道区;各土地利用/覆被类型蒸散发大小依次为：水体> 耕地> 林地> 草地> 未利用地> 居工地,主要与其植被覆盖度和水分供给条件有关;而日总蒸散发大小顺序为：草地> 未利用地> 耕地> 林地> 水体> 居工地,这与各土地利用/覆被类型面积密切相关。在1985-2010 年间,塔里木河干流区日总蒸散发量先减小后增大;上游平均日总蒸散发量为中游和下游的1.27 倍和1.42 倍。2000 年塔里木河干流区日总蒸散发比1985 年减少了6.80×10⁴ m³,原因是中游和下游日总蒸散发减小,而上游日总蒸散发量却增加了3.02×10⁵ m³。2010 年干流区日总蒸散发比2000 年高6.78×10⁵ m³,其中上游和中游日总蒸散发量增加了1.19×10⁶ m³,而下游却降低了5.16×10⁵ m³,主要受中上游地区绿洲耕地面积扩张,水资源开发量过大,下游来水量减少的影响。     

Spatiotemporal Dynamics of Landscapes of Plain and Mountain Catchments in the Altai Region During the Last 40 Years

The spatiotemporal dynamics of land covers of representative catchments of the Altai region (Altai Krai and Republic of Altai) was analyzed using remote sensing data and GIS techniques. The following key areas were used: the adjacent basins of Lake Gor’koe and the Kasmala and Barnaulka rivers on the Ob Plateau (Altai krai) were used for the inland drainage area of the Ob-Irtysh interfluve and the left bank of the Upper Ob; the Bol’shaya Rechka basin on the Biisk-Chumysh Upland and ancient Ob terraces (Altai krai), for the right bank of the Upper Ob; the Belaya river basin (Altai krai) for the low mountains and middle mountains of the Northwestern province of Russian Altai, and the Maima river basin (Republic of Altai) for the low mountains and middle mountains of the Northern and Northeastern Altai provinces. The algorithm for analyzing the actual state of land covers and identifying the main vectors of their transformation was adapted to the study area. A series of multitemporal Landsat images for three time slices was used. It is found that the plain catchments of the steppe and forest-steppe zones are characterized by a smaller amplitude of land cover change as compared to the mountain zones. For the inland drainage area of the Ob-Irtysh interfluve and the left bank of the Upper Ob, a reduction of the arable land and a high natural dynamics of water bodies are most indicative. The right bank of the Ob is characterized by the lowest dynamics of all types of land cover and a significant dynamics of artificial water bodies. In the mountain basins, a noticeable decrease in the forest areas largely in favor of natural grass communities was caused by the economic activities. It is also shown that the directions of changes and transitions of different types of land covers can differ greatly for different groups of landscapes.     

分布式水文模型结合遥感研究地表蒸散发

地表蒸散发是研究土壤-植被-大气系统水热平衡的关键因子。用改进的DHSVM分布式水文模型对汉江上游子午河流域蒸散发进行模拟。根据流域特点,主要进行TM遥感数据的大气校正和几何校正,在此基础上得到叶面积指数和土地覆盖等地表参数;再利用GIS技术基于DEM求出坡度、坡向和地形指数等因子。分析了蒸散发时空分布特征,表明日尺度蒸散发空间分布差异较大。初步验证了结果,表明模型在中国典型湿润区小流域取得较好效果。     

黑河分水后中游地区LUCC监测

以2000年Landsat ETM和2005年的Landsat TM数据为信息源,通过人机交互方式提取了两期黑河流域中游地区土地利用/覆被数据。在此基础上,结合研究区的社会经济统计资料和气象观测资料,分析了黑河流域中游地区近5 a来土地利用/土地覆被变化（land use and land coverage,LUCC）的时空变化格局和土地利用类型转变的趋势及其驱动力。结果表明,5 a间耕地和居民用地面积分别扩大了6.95％和9.78％,草地和林地都有相应的减少。尤其是水域和未利用土地,分别减少了1.70％和0.88％,黑河流域生态环境有总体变差的趋势。驱动力分析表明,环境变化是人文因素和自然因素共同作用的结果,并且人为因素占主导地位,在此情况下,本区生态环境存在着继续恶化的潜在危机。     

基于Landsat 8 OLI数据与面向对象分类的昆嵛山地区土地覆盖信息提取

利用2015年Landsat 8 OLI遥感影像和DEM作为分类数据源,结合野外调查数据,采用面向对象的分类方法对昆嵛山地区土地覆盖信息进行提取,并对分类结果进行精度评价与比较分析。研究表明：面向对象分类方法提取的各地类连续且边界清晰,分类效果与实际情况基本吻合。昆嵛山地区占主导地位的土地覆盖类型是针叶林,面积为1 546.81 km²。研究区土地覆盖分类的总体精度和Kappa系数分别为91.5%和0.88,其中针叶林、草地、水体和建设用地的生产者精度均达到87%以上。相对于监督分类方法,本研究提出的土地覆盖信息提取方法的总体分类精度和Kappa系数分别提高14.7%和0.17。基于面向对象的中分辨率遥感影像,能够获取较高精度的土地覆盖信息,为大范围土地覆盖分类研究提供方法参考。     

中蒙俄经济走廊耕地资源格局与合作战略研究

中蒙俄经济走廊耕地资源战略合作对于“一带一路”共建、加强中俄新时代全面战略协作伙伴关系意义重大。本研究综合运用遥感影像解析、野外实地考察、统计分析等方法,揭示了中蒙俄经济走廊耕地资源分布格局,剖析了耕地资源开发利用的主要制约因素;研究了中国对外耕地合作开发的主要问题,探索提出了中蒙俄经济走廊耕地资源合作对策建议。中蒙俄经济走廊耕地资源丰富,主要集中在俄罗斯欧洲部分莫斯科河和伏尔加河流域,以及鄂毕河流域、叶尼塞河流域、阿穆尔河流域与贝加尔湖流域等地。中蒙俄经济走廊俄罗斯部分耕地面积和高产耕地面积分别占经济走廊的60%和74%左右;而经济走廊俄罗斯部分未利用耕地面积占俄罗斯未利用耕地面积的近50%,占中蒙俄经济走廊未利用耕地面积的95%左右。今后应高度重视中蒙俄经济走廊耕地资源合作开发,推动中蒙俄耕地与农业合作自由化发展,可探索在阿穆尔州、犹太自治州等地率先开展中俄毗邻重点耕地国际合作创新示范区建设和农业自贸区建设,扩展延伸经济走廊耕地产业链和价值链,共建多元稳定的中蒙俄经济走廊农产品物流贸易通道。     

塔里木河源流山区径流模拟及不确定性研究

自然环境恶劣、站点稀少、观测困难是干旱区水文系统研究面临的基本问题。特殊的自然地理条件给水文过程带来了极大的复杂性和不确定性,也阻碍了干旱区水文过程和机理研究的发展。选取塔里木河源区开都河流域为研究区,采用分布式水文模型MIKE SHE模拟大尺度资料稀缺地区水文过程,将流域内气象、水文站点数据与遥感数据相结合,利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程(DEM)和降雨等资料,模拟流域水文过程;在出山口径流数据的基础上对模型进行率定和验证;分析了模型中的不确定性的来源,探讨模型优化方法。结果表明,MIKE SHE模型能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,但精度仍有待提高;通过分析识别出了隐含于模型结构、输入及参数等3个方面的8种不确定性来源。     

若尔盖盆地沙漠化及其景观格局变化研究

应用1975年的MSS数据、1990年和2005年的TM数据、以及2000年的ETM数据,通过遥感与地理信息系统技术,获得了若尔盖盆地在1975-2005年间的沙漠化发展特征,并采用景观指数运算软件FRAGSTATS3.3对该地区沙漠化土地的景观格局变化进行了分析。研究发现,在1975-1990年间,若尔盖盆地的沙漠化土地面积大幅增加;在1990-2000年间,沙漠化土地面积保持稳定;在2000-2005年间,沙漠化土地面积出现了小幅度的减小趋势。对若尔盖盆地沙漠化土地的景观格局变化进行研究发现,固定沙丘（地）和半固定沙丘（地）是若尔盖盆地主要的沙漠化土地景观类型。在1975-1990年间,沙漠化土地斑块数量和斑块平均面积均大幅增加,是该地区沙漠化快速发展时期;在1990-2000年间,沙漠化土地斑块数量下降,斑块平均面积增加,沙漠化景观破碎度有所降低;在2000-2005年间,沙漠化土地斑块数量增加,斑块平均面积减小,沙漠化景观破碎度增强。     

山区河流宽谷段坝区土地利用动态变化及其与河道关系——以南汀河下游坝区为例

采用ISODATA非监督分类方法,结合目视判读,对南汀河下游坝区1988年、1996年、2002年和2009年4期Landsat TM/ETM+遥感影像进行分类,以揭示研究区几十年来土地利用变化时空格局。基于遥感分类结果,运用单一土地利用动态度、综合土地利用动态度、土地利用转移率等指标,进一步分析了研究区土地利用变化强度与速率,以及土地利用变化强度与河道的关系。研究结果表明,南汀河下游坝区土地利用类型以园地为主,耕地次之,未利用土地、水域和建设用地所占比例均较小;近年来研究区土地利用变化有所加剧,1988～1996年、1996～2002年和2002～2009年3个时期综合土地利用动态度分别为1.83%、2.89%和3.05%,其中建设用地、未利用土地(主要为河滩裸地)、耕地的变动幅度较大;研究时段内,未利用土地面积由32.60 km2减小到9.68km2,而同期建设用地面积持续大幅增加,耕地先增后减,园地则先减后增;在距河岸1.5 km范围内,综合土地利用动态度随离河岸距离的增加而变小。