数据驱动的蒸散发遥感反演方法及产品研究进展

蒸散发是水圈、大气圈和生物圈中水分循环和能量交换的纽带。在全球尺度上,蒸散发约占陆地降水总量的60%;作为其能量表达形式,潜热通量约占地表净辐射的80%。随着通量观测技术的发展,全球长期持续的观测数据得以获取和共享,近年来基于数据驱动的蒸散发遥感反演方法取得了较好的研究进展。本文针对数据驱动的蒸散发遥感反演方法和产品,从经验回归、机器学习和数据融合3个方面展开,对现有的研究进展进行了梳理、归纳和总结,并从驱动数据、反演方法、已有产品等方面指出目前仍存在的问题和不足。未来仍需开展数据驱动的高时空分辨率的蒸散发遥感反演方法的研究,有效考虑地表温度和土壤水分等可以指示地表蒸散发短期变化的重要信息,同时加强基于过程驱动的物理模型与数据驱动的模型的结合,使两类模型能互为补充、各自发挥所长,共同推动蒸散发遥感反演研究水平的进步。     

基于气象遥感Priestly-Taylor模型的蒸散发估算——以天津市蓟州区为例

基于Landsat-8数据,采用遥感Priestly-Taylor模型分别估算蓟州区的净辐射通量以及归一化植被指数,进一步计算蓟州区日蒸散发量.区域蒸散发的遥感反演主要解决以下两个问题:一是遥感地表温度的反演;二是估算各类遥感模型所需的地表参数(叶面积指数、NDVI、地表阻抗等),结合物理模型或者半经验公式估算区域蒸散...     

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。     

遥感反演蒸散发的日尺度扩展方法研究进展

遥感技术能够提供卫星过境时刻地表参量的瞬时值,进而通过模型构建可反演得到瞬时蒸散发。相对于瞬时蒸散发,日尺度蒸散发在实际生产生活中具有更重要的应用价值。本文系统地总结分析了遥感反演瞬时蒸散发的代表性日尺度扩展方法,包括蒸发比不变法、解耦因子不变法、辐射能量比不变法、参考蒸发比不变法、地表阻抗不变法和数据同化法,并对各方法的基本原理、估算精度、适用性等进行了对比分析。在此基础上,进一步综述了日尺度扩展方法存在的不确定性和主要问题,包括扩展方法本身误差、云覆盖、气象数据获取、夜间蒸散发估算、遥感反演同扩展误差累积及真实性检验等,并指出今后应从加强有云天及夜间蒸散发扩展机理和方法等方面的研究来提升瞬时蒸散发日尺度扩展精度。     

遥感估算地表蒸散发真实性检验研究进展

地表蒸散发是连接土壤—植被—大气连续体的纽带,结合遥感技术估算地表蒸散发已成为获取区域乃至全球尺度时空连续地表蒸散发量的有效手段。由于遥感估算地表蒸散发容易受到地表空间异质性和近地层气象条件复杂性的影响,在模型机理与变量参数化方案、输入数据和时间尺度扩展等方面存在不确定性,影响了其准确度的提高和应用范围的拓展,因此需要开展真实性检验。本文综述了当前遥感估算地表蒸散发(包括植被蒸腾和土壤蒸发)真实性检验研究的相关成果,重点归纳并总结了应用于遥感估算地表蒸散发真实性检验的直接检验法和间接检法的主要原理、适用性和优缺点,在此基础上阐述了当前遥感估算地表蒸散发真实性检验研究所面临的挑战。分析表明：由于地表空间异质性的普遍存在,遥感估算地表蒸散发真实性检验研究在理论和方法方面还受到诸多挑战,今后应打破地表蒸散发遥感产品真实性检验局限在均匀地表的传统思路,发展非均匀地表遥感估算地表蒸散发真实性检验的理论框架,包括地表水热状况空间异质性的度量、非均匀地表验证场的优化布设、非均匀下垫面地表蒸散发的多尺度观测试验、卫星像元/区域尺度地表蒸散发相对真值的获取、验证过程中的不确定性分析以及遥感估算地表蒸散发的实证研究等,并构建一个多源、多尺度、多方法、多层次的真实性检验技术流程,以期把遥感估算地表蒸散发真实性检验作为突破口,提升相应遥感产品的应用水平,推动定量遥感科学的发展。     

基于遥感技术的祖厉河流域LUCC与蒸散发研究

本文以陇中黄土高原的祖厉河流域为研究区,基于Landsat系列遥感影像,利用主成分变换方法,与地面温度和植被指数相结合,进行土地利用/土地覆盖提取研究,在此基础上,探讨祖厉河流域土地利用/土地覆盖变化(LUCC)及其驱动因素。利用基于TM影像的SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land)模型,从祖厉河流域三期影像提取了区域蒸散发通量。首先进行了NDVI、比辐射率和地面温度等地表参数的计算,然后反演了地表的净辐射、土壤热通量和感热通量,根据能量守恒最终获得日蒸散发量。结合气象观测数据反演作物系数,最后计算月蒸散发量。对同期的土地利用/土地覆盖数据和陆面蒸散发量进行对比分析,探讨了土地利用类型的变化对流域内能量和水分时空分异的影响。     

黄河三角洲北部风电场对水体蒸散发的影响

以黄河三角洲北部风电场为例,利用SEBAL模型,采用Landsat5-TM和Landsat8-OLI/TIRS数据、气象数据、DEM数据以及MODIS数据反演出风电场建设前后水体的蒸散发(ET),分析单个风机和风电场对水体ET的影响,最终得出如下结论:(1)在单个风机中,风力发电机的建设对以风机为中心的200 m缓冲区内水体ET有均匀化作用,并且对缓冲区内的各风向水体ET均匀化程度不同,下风向区域水体ET的均匀化程度最大,旁风向区域水体ET的均匀化程度最小。(2)在整个风电场区域内,风机数量影响风电场对水体ET的均匀化程度,且风机密度与均匀化程度呈负相关,风机越密集均匀化程度越小、越稀疏、均匀化程度越大。     

基于S-G滤波数据重构法的流域蒸散发时空变化分析

利用2000—2018年的MOD16蒸散发为原始数据,基于S-G滤波法对数据进行平滑处理,消除噪声的影响。采用趋势分析法分析了长时间序列的湘江流域蒸散发时空变化特征。研究结果表明,采用低通滤波后的MOD16数据的分布更加规律。湘江流域近20年年平均蒸散发量在52.5—496.5 mm之间。从整体来看,水体、林地和耕地蒸散发量相对于其他用地类型的蒸散发量较大,年平均蒸散发高达496.5 mm,其次是建筑用地,蒸散发量最小的是裸地。     

遥感蒸散发模型研究进展

蒸散发是水圈、大气圈和生物圈水分和能量交换的主要过程,也是水循环中最重要的分量之一.遥感技术的应用使得区域尺度的蒸散发估算成为可能,由此涌现出许多旨在精确反演不同时空尺度蒸散发及地表通量的模型,以更好地服务于相关领域的研究和应用.根据模型建构思想和方法的不同,从基于能量平衡的单层和多层模型、基于能量平衡的彭曼类模型以及遥感经验模型3个方面入手,系统回顾国内外遥感蒸散发模型的算法,详细评述了目前应用较为广泛的SEBAL, SEBS, TSEB模型的原理和优劣,分析了蒸散发反演存在的时间拓展及不确定性、时空分辨率及尺度效应、模型选择及适用性判别、平流影响和精度检验5个问题.指出今后应加强陆面过程和地-气系统作用机制、模型输入参数精度、精度检验和尺度效应及误差传递规律等方面的研究.     

基于Penman-Monteith Leuning模型的遥感蒸散发估算——以四川省马尔康县为例

蒸散发作为地表水分消耗和参与水文生态循环的重要参数,是生态应用研究的重点.尤其对于植被恢复和水资源管理的领域而言,区域蒸散发估算的准确性十分重要.本文以野外实测(气象和蒸散发)数据为基础,利用实测数据对遥感PML模型进行参数优化,基于Landsat-8遥感影像数据对四川省马尔康县蒸散发进行估算.研究结果表明:马尔康县模...     

基于地表温度—植被指数三角/梯形特征空间的地表蒸散发遥感反演综述

地表蒸散发是地表水分循环和能量平衡的重要组成成分,其准确估算对农业灌溉与干旱监测、水资源管理、气候变化预估等研究至关重要.基于地表温度—植被指数三角/梯形特征空间开展地表蒸散发遥感反演及土壤蒸发/植被蒸腾分离是地表蒸散发定量遥感研究的国际热点与前沿课题之一.本文全面、系统、深入地综述了地表温度—植被指数三角/梯形空间反...     

基于HJ-1B数据和SEBAL模型的陆面蒸散发遥感估算

利用HJ-1B卫星数据和SEBAL模型,进行了淮河上游段的陆面蒸散发(ET)遥感估算。选取2010年4期少云的HJ-1B卫星影像,首先对ET估算中需要的中间变量——地表温度、地表反照率进行了反演,反演结果与MODIS产品结果基本一致;在此基础上,结合部分地面气象观测数据,基于SEBAL模型进行ET估算,并利用水文站点的实测蒸发皿数据对估算的日蒸散发结果进行验证,相对误差在10%之内。将ET估算值与土地利用覆盖类型、地形因子对比分析发现,不同土地覆盖类型的ET量不同,ET空间变异性与地形特征有一定关联。     

克里雅河流域中游绿洲蒸散发的时空演变与驱动因素分析

蒸散发是评估荒漠绿洲水热循环的关键因素,其时空变化监测及驱动力研究可为水资源的精准调控与生态环境保护提供科学依据。以克里雅河流域中游绿洲地区为研究区域,本文基于Landsat遥感影像与SEBS模型分析了2010—2022年蒸散发的时空变化,通过蒸发皿实测数据和Penman-Monteith模型进行了估算结果的精度验证,并进一步探讨了蒸散发的影响因素。结果表明：(1)蒸散发的SEBS模拟值与蒸发皿观测值的相关系数和R²分别为0.93和0.87,RMSE为0.96 mm/d;与彭曼公式观测值的相关系数和R²分别为0.90和0.81,RMSE为0.64 mm/d。(2)2010—2022年的实际蒸散发呈下降趋势,其变化速率为14.75 mm/a;在春季、夏季和秋季呈下降趋势,在冬季则呈上升趋势。(3)蒸散发的空间异质性明显,高值主要集中在克里雅河沿岸附近,低值则分布在绿洲边缘地区的沙地;近13年整个研究区约有70.2%的像元呈无显著下降趋势,10.4%的像元呈显著下降趋势。(4)蒸散发与气温、气压、日照时数、地表温度和NDVI呈显著相关关系,与风速...     

黑河流域遥感物候产品验证与分析

植被物候遥感产品对全球变化响应、农业生产管理、生态学的应用等多领域研究具有重要意义。但现有植被物候遥感产品还有较多问题,主要包括一方面使用不同参数的时间序列数据以及不同提取算法导致的产品结果差异较大,另一方面在地面验证中地面观测数据与遥感反演数据的物理含义不一致导致的验证方法的系统性误差。本文以黑河流域为研究区,对比验证基于EVI(Enhanced Vegetation Index)时间序列数据提取的MLCD(MODIS global land cover dynamics product)植被遥感物候产品和基于LAI(Leaf Area Index)时间序列数据提取的UMPM(product by universal multi-life-cycle phenology monitoring method)植被遥感物候产品的有效性及精度等。同时,通过验证分析进一步评估基于EVI和LAI时间序列提取的物候特征的差异及特点,探讨由于地面观测植被物候与遥感提取植被物候的物理意义的不一致问题导致的直接验证结果偏差。结果表明:UMPM产品有效性整体高于MLCD产品,但在以草地和灌木为主的稀疏植被区,由于LAI取值精度的原因,UMPM产品存在较多缺失数据,且时空稳定性较低;基于玉米地面观测数据表明,EVI对植被开始生长的信号比LAI更加敏感,更适合提取生长起点,但植被指数易饱和,峰值起点普遍提前,基于LAI提取的峰值起点更加合理。由于地面观测的物候期在后期更加关注果实生长,遥感观测仅关注叶片的生长,遥感定义的峰值终点和生长终点与玉米的乳熟期和成熟期差异较大。     

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。     

南海及周边海域融合海表温度产品的验证与互较

利用2008年—2009年Argo、Argos现场观测海表面温度SST,对OSTIA、MISST、MWSST以及NGSST4种融合SST产品在南海及其周边海域的适用性进行评估。验证结果表明,4种融合SST产品在外海的均方根误差RMS介于0.3—1.0℃,bias介于-0.1—0.6℃;除了NGSST在近岸出现明显暖偏外,其他3种融合SST与现场SST基本一致,OSTIA与现场SST的偏差为最小。对4种融合SST产品彼此间的互较也表明,它们在水深大于80 m的海区没有显著性差异,但彼此间的偏差会随水深变浅而增大。此外,各产品间偏差在冬季最大,夏季最小。本文为具有高时空覆盖度的融合SST产品在南海及其周边海域的应用提供了一个可靠的依据。     

基于倾斜摄影的大比例尺地籍测量及精度验证

针对传统大比例尺地籍测量成图时间长、成本高等问题,提出一种基于倾斜摄影测量技术的大比例尺地籍测量方法。经多次试验,总结无人机倾斜摄影获取影像数据时的航飞技术参数,梳理倾斜摄影进行地籍测量的技术流程,并利用探索性统计分析方法以海安县黄陈村为例做精度验证。结果表明:界址点位等精度、高精度中误差分别为±2.3cm、±3.3cm,界址点间距等精度、高精度中误差分别为±2.7cm、±3.8cm,均可达到厘米级,且符合国家地籍测量精度要求。倾斜摄影技术为大比例尺地籍测量提供一种高精度、高效率、高性价比、低成本的测量方式。     

基于GF-1WFV数据的16 m分辨率反照率产品算法与验证

地表反照率在陆面气候和生物圈模型中起着至关重要的作用。为了更好地满足多领域研究的要求,拓宽定量遥感参数的应用,许多研究学者及团队正在利用不同的算法开发高分辨率地表反照率产品。本文提出的算法基于中国高分一号卫星WFV传感器数据和500 m分辨率的GLASS反照率产品生成高空间分辨率的反照率产品。算法思路首先用直接反演算法反演GF-1 WFV数据得到16 m分辨率初级反照率产品,再将500 m分辨率的GLASS反照率产品与16 m分辨率初级产品的纹理信息进行降尺度融合,最终得到16 m分辨率的融合反照率产品。以2016年—2017年黑河实验区的8个站点的地面观测值对算法结果进行验证,实测数据与反演融合数据的时间序列图表明融合后的16 m分辨率反照率与实测值一致性较好;同时,通过2016年—2017年所有站点散点图分析,融合反照率均方根误差为0.02439,初级反照率则为0.05135,融合反照率比初级反照率更接近实测值。16 m分辨率反照率产品在平均值与500 m分辨率的GLASS反照率产品一致的前提下丰富了空间纹理信息,能够更好地支持在区域尺度研究人类活动对环境的影响。     

Sentinel-3卫星双角度热红外数据的流域尺度地表蒸散发估算与验证

双层能量平衡模型TSEB(Two Source Energy Balance)常用于地表蒸散发的估算研究,对于干旱半干旱流域的水资源调控以及利用有着十分重要的意义.本文在流域尺度上分别利用Sentinel-3双角度观测热红外和近红外数据反演的地表温度LST (Land Surfacer Temperature)和地表组...     

基于Leica ERDAS IMAGINE的北京市潮白河流域水分蒸散发量年度分析

一、概述 流域尺度上的水循环包括降水、径流、地下水、蒸发等过程.其中,空间分布不均的地表下垫面向大气传输的水分蒸散发(包括土壤蒸发、水面蒸发和植物蒸腾,即Evapotranspiration,缩写为ET)是陆面生态过程的关键参数,也是流域水循环研究和水资源管理的重要因素.水资源短缺是当今世界各国经济发展和生态改善的主要制约因素.因此区域水资源管理的目的就是要保证区域水资源的供需平衡,通过先进的技术手段,客观、精确的监测体系监测、评价和有效管理,来减少耗水量,达到合理高效利用水资源的目的.