基于遥感时间信息的地表蒸散发估算方法研究

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蒸散发(Evapotranspiration,ET)是水循环与地表能量平衡的重要组成部分,随着全球气候变化问题的日益突出,遥感技术已成为区域尺度地表通量估算的重要手段。然而地表蒸散发不能直接通过遥感监测,而是依赖遥感可反演参数。面对复杂异质的陆地表面,地表蒸散发估算受单一时刻遥感反演误差影响。现有基于物理机理的遥感蒸散发模型中,阻抗计算要求精确的地表参数信息,而这些地表参数不易通过遥感手段获取,从而影响蒸散发估算精度。针对这些问题,考虑到地表参数的时间信息包含大量的地表通量信息以及不敏感于遥感反演误差,本论文利用遥感时间信息在不计算地表阻抗的前提下进行地表蒸散发的估算方法研究,主要开展了以下工作:  (1)利用涡动相关系统(EC)和大孔径闪烁仪(LAS)观测数据评价了SEBS模型估算千烟洲复杂地表条件下蒸散发的能力,由于地表的异质复杂性以及EC测量的能量不闭合,SEBS估算潜热通量与EC测量值间有较大差异,但更接近LAS观测值。SEBS估算的MODIS/Terra与MODIS/Aqua白天过境时刻的蒸发比间具有相关性,与蒸发比在白天稳定的性质相一致,表明SEBS估算地表通量具有内在稳定性,但精确的地表通量估算需要准确确定各种地表参数。  (2)根据蒸发比在白天相对稳定的性质,从物理上推导了一种利用地表温度、气温、净辐射的时间变化直接确定日蒸发比的方法,并且以Aqua卫星白天与晚上过境时刻差作为输入的方案能得到更好的日蒸发比估算结果,误差大约为0.13。与SEBS估算蒸发比相比,利用地表参数的时间变化而非绝对值作为输入,减少了遥感单一时刻反演误差影响,直接蒸发比的估算也减少了对阻抗的参数化。  (3)基于遥感反演思想,发展了一种利用地表温度、气温、净辐射一天内连续观测数据在不计算地表阻抗的情况下估算地表通量的方法。显热(H)、潜热(LE)、土壤热通量(G)被简化为一天内保持不变的常参数及地表温度与气温的函数,根据地表能量平衡通过带约束的最小二乘法求解常参数,从而进行地表通量估算。来自禹城站实测数据及模拟数据的结果表明简化参数化方案能很好描述H、 LE、G一天内的变化,日尺度上LE估算误差大约为20 W/m2。  (4)考虑到入射太阳辐射与地表净辐射相比更容易从遥感数据中反演,进一步改进了日蒸发比参数化方案,并利用不同地表条件下美通量站点的观测数据以及NLDAS输出数据集对改进的日蒸发比方法及简化参数化方法进行验证和评价。总体上日蒸发比方法估算结果优于简化参数化方法,且日蒸发比方案中的固定系数不强烈依赖于特定站点。日蒸发比方法引起的日平均LE估算误差大约为20W/m2,但更敏感于低蒸发表面的低植被覆盖条件;简化参数化方法估算地表通量误差主要来自常参数求解的不稳定性,如果一天内不变的常参数能够很好确定,简化参数化方法可以获得更高的地表通量估算精度。
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