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...     

遥感土壤水分对蒸散发估算的影响

地表实际蒸散发是联系陆表水循环、能量平衡和碳收支等物理过程的重要生态水文变量,同时也是目前水循环研究中的薄弱点,定量化土壤水分对蒸散发的胁迫作用是估算地表蒸散发的一个关键过程和难点。本研究基于2018年9月闪电河流域水循环与能量平衡遥感综合试验星—机—地联合观测数据,采用机载观测和卫星遥感反演土壤水分输入到ETMonitor模型估算地表实际蒸散发,在时间和空间两个维度上评估不同土壤水分产品对蒸散发估算的影响。从时间变化上来说,与地面观测蒸散发时间序列相比,基于ESA CCI (European SpaceAgency Climate Change Initiative)融合土壤水分产品、SMAP (Soil Moisture Active and Passive)土壤水分产品和国产风云三号气象卫星(FY-3C)土壤水分产品估算的蒸散发最接近地面站点观测蒸散发,而基于ASCAT (TheAdvanced Scatterometer)和SMOS (Soil Moisture Ocean Salinity)土壤水分估算蒸散发分别明显的高于和低于地面观测蒸散发。从空间分布上来说,利用卫星反演土壤水分估算的蒸散发与基于机载观测土壤水分估算蒸散发具有一致的空间分布,能较好地反映该区域地表蒸散的空间分布格局,其中基于SMAP和SMOS土壤水分估算蒸散发与基于机载观测土壤水分估算蒸散发空间一致性最好。本研究评估遥感反演土壤水分对蒸散发影响,对区域及全球遥感蒸散发估算和土壤水分产品评估具有一定的指导意义。     

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。     

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.     

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。     

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...     

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。     

HJ-1B星地表蒸散发遥感估算系统的设计与应用

利用HJ-1B星数据,采用C#、ENVI/IDL与ArcEngine混合编程技术,在研究HJ-1B星数据特点、空间数据管理及遥感模型与水热模型集成的基础上,构建了基于ArcSDE的空间数据库,开发了基于HJ-1B星的地表蒸散发遥感估算系统,解决了系统设计中多平台、多模型的集成问题,研发了简洁规范的流程图式模型参数操作界面。以淮河流域内3 000 km2的实验区为例,实现了从数据的获取、管理到日蒸散发计算的一整套系统化、业务化流程。应用结果表明,该系统交互性好,运行稳定,操作简便,实现了对地表蒸散发遥感估算的流程化控制和对空间数据的统一管理,可为区域水循环与能量平衡的研究提供支持。     

基于遥感技术的区域地表蒸散研究进展

遥感技术的发展为大面积的区域地表蒸散(evapotranspiration,ET)反演和估算提供了一种新的手段,国内外学者围绕该领域在理论和技术方法上开展了大量研究。能量平衡原理是遥感估算地表ET的理论基础,由此发展出多种遥感ET模型与算法。在分析几种常见ET模型算法的基本原理及优缺点的基础上,阐述了不同方法的适应性及相关研究进展情况,提出了目前遥感ET研究所存在的问题,展望了遥感ET的发展趋势。     

ETWatch中不同尺度蒸散融合方法

高分辨率遥感蒸散数据集的构建受到数据源的限制和云的影响,单一传感器无法达到高时空分辨率覆盖。本文分 析了ETWatch不同尺度遥感蒸散结果的空间特征,通过几种融合方法的比较,分析数据融合前后的数据特征和信息量,将 时空适应性反射率融合模型（STARFM）集成到ETWatch,用于不同尺度遥感蒸散数据的融合,该方法可以很好的结合高 低分辨率数据的空间分布和时间分布信息,在时间上保留了高时间分辨率数据的时间变化趋势,空间上又反映了高空间分 辨率数据的空间细节差异,STARFM融合后的日ET数据与融合前1 km 日ET数据的平均相对误差为1.75%,融合后的月ET 数据与融合前1 km 月ET数据的平均相对误差为0.2%,STARFM适合于不同尺度下遥感ET数据的融合。     

Water Balance Study for a Basin Integrating Remote Sensing Data and GIS

Water balance of a basin involves estimation of input precipitation, runoff, infiltration and evapotranspiration (ET). Although ET may have large variations over a big basin, it is commonly estimated using a few point measurements and this makes the estimation error prone. Satellite based remote sensing data provides few parameters for estimation of energy fluxes, at the land surface and atmosphere interaction in a distributed manner using the meteorological parameters. These parameters through surface energy balance equation have been used for the estimation of ET in this study. Various spatially distributed variables required for ET estimation; viz. NDVI, surface albedo, surface temperature etc. have been derived using remote sensing and ancillary data for Tapi basin located in western India. Beside this field data such as rainfall, air temperature, relative humidity, sunshine hours etc. have been used. For computation of runoff, Soil Conservation Services (SCS) approach has been considered. Tapi basin up to Ukai dam has been selected as the study area. Satellite data from National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Polar Orbiting Environmental Satellite, which carries the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR), have been used for preparation of various maps required for runoff and ET analysis. The results of runoff and ET have been compared with observed data for 2 years, 2002–2003 and the results have been found in good agreement with observed data.     

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.     

区域综合节水效果的遥感评价方法 研究与应用

区域节水效果的常规评价方法都是利用单项指标评价单一行业的或者单方面的节水效果,不能反映区域综合节水效果.本文从耗水控制水平和地下水可持续利用的角度出发,提出了以目标蒸散量(ET)和地下水位理论变幅为评价基准,利用遥感技术监测区域实际蒸散量和地下水位实际变幅,采用基准比较法评价区域节水综合效果的方法;并以北京市大兴区为例...     

对高分辨率遥感影像基于仿射变换的严格几何模型的讨论

根据CCD线阵列对地面扫描的实际情况，修正得到高分辨率遥感影像方位参数求解的严格几何模型，并进行了理论上的论证，得出相应的计算公式。实验证明，该模型理论上更为严密，与原模型的实用效果基本一致。     

流域尺度景观生态耗水研究

笔者将景观生态学、遥感蒸散计算技术等应用于流域生态耗水研究,先利用1980年、1990年、2000年、2005年的4期遥感数据,研究流域土地利用演变特征,并对流域景观生态进行分区。然后利用MOD IS数据和平流干旱模型,计算2005年生长期蒸散分布;再结合流域水资源评价成果,计算景观生态消耗的水资源、不可控水资源和可控水资源;最后又结合规划目标,对白杨河流域生态保护系统2020年与2030年生态需水进行了预测。通过研究,弄清了流域景观生态对象、功能、格局和过程、弄清了其消耗的水资源类型、数量和时空分布,为优化配置水资源、实现流域可持续发展开辟了新途径。     

一种基于最佳指数模型的 TM 遥感影像最佳波段组合计算方法

如何通过定量计算选择最佳波段组合一直是TM等多波段遥感影像信息提取的研究热点。本文综合利用Erdas提供的可视化空间建模工具（ Spatial Modeler ）和面向对象的编程技术,提出了一种基于最佳指数（ Opti-mum Index Factor ,OIF）的定量计算与定性分析相结合的TM遥感影像最佳波段组合方法。实验证明,该方法快速有效,极大提升了TM等多波段遥感影像最佳波段组合的计算过程。     

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。     

旱情遥感监测研究进展与应用案例分析

在大范围、长时序的旱情监测中,遥感技术以其快速、经济和大空间范围获取的特点,弥补了基于台站气象数据旱情监测的不足,为防旱和抗旱决策提供了实时、动态、宏观的辅助决策数据。本文对已有旱情遥感监测方法进行分析和整理,将其总结为基于土壤热惯量、基于土壤波谱特征、基于蒸散模型和基于植被指数的旱情监测方法,并对各类方法从监测原理、适用范围和应用进展等方面进行了阐述。在此基础之上,详细介绍一种结合了全球植被水分指数和短波角度归一化指数的优势建立的旱情遥感监测模型和方法。以2010年春季西南地区旱情为应用案例,从监测模型方法、数据处理流程和应用分析等方面,介绍一种基于植被水分指数的旱情监测方法,并对其监测结果进行统计分析与评价。