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区域蒸发蒸腾量的遥感估算

张晓涛  
【摘要】: 蒸发蒸腾量是地球表面水量和能量平衡中的重要分量。蒸发蒸腾通过水文循环影响着区域乃至全球的气候、生态及农业生产。现今,区域水管理正在由增加水资源供给向减少水量消耗的方向转变。蒸发蒸腾量的时空分布可以用来更好地了解区域的蒸发蒸腾损失,并且直观地反映出不同土地利用类型的水量消耗,便于管理者建立土地利用、水量消耗以及水量分配三者之间的联系。 在农田尺度,非理想的环境中,蒸发蒸腾量的估算遵循传统的“三步骤”法:参考作物蒸发蒸腾量——作物系数——土壤水分修正系数。也可以通过涡度相关仪、波纹比仪、蒸渗仪等实测获得。然而,由于蒸发蒸腾的区域变异性,使得利用上述方法估算得到的结果只能代表局地而不能将其扩展到大尺度范围。 利用遥感研究大尺度范围的蒸发蒸腾已被证明是唯一经济可行的方法。遥感传感器可以快捷、周期地获取大范围的二维甚至三维分布的地表电磁波信息,从而将地面站点的观测数据扩展到“面”区域;遥感技术可以测得用来计算蒸发蒸腾的能量和水量平衡方程中的物理项。如,利用热红外波段信息反演得到地表温度,可以用来求得能量平衡方程中的净辐射通量。 本文在阐述利用遥感研究蒸发蒸腾量的基本原理和方法的基础上,系统分析了国内外常用的遥感蒸发蒸腾模型,并选取了物理基础较为坚实、所需气象资料较少、国际上常用的SEBAL模型,利用现有的Landsat TM/ETM+遥感数据对民勤绿洲三个年份的日蒸发蒸腾量进行了估算。 通过两种方法对模型的估算结果作了验证和分析:1)点验证。采用美国Idaho大学编写的REF-ET软件包中的Penman-Monteith模型计算得到研究区气象站点的日参考作物蒸发蒸腾量,并结合附近试验站的作物系数资料,得出该点作物的潜在蒸发蒸腾量,将结果与由SEBAL模型得到的对应点的蒸发蒸腾量相比较;2)面验证。根据收集到的石羊河流域气象站及试验站共七个站点的资料计算得到相应点的日作物需水量,综合各个站点的经(lg)、纬度(la)、DEM(dem)及由其派生的坡度(sl)、坡向(ap)信息进行回归分析,将得到的表达式通过上述参数的栅格信息(100m×100m)在整个流域进行尺度扩展,得出流域作物潜在蒸发蒸腾量的空间分布图,将该方法得到的潜在蒸发蒸腾量的分布范围与SEBAL模型计算得到的农田区实际蒸发蒸腾量的分布范围相比较。结果表明,


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