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基于遥感和DEM的山区—平原地表水热通量估算及对比分析研究

杨何群  
【摘要】:地表水分、热量的收支状况在很大程度上决定着地理环境的组成和演变,故水热问题是环境研究方面的核心,将能量关系与蒸散并行研究更是水热效应研究的中心。其中地表水热通量的估算是一个比较复杂的问题,准确地确定它对于理解全球或区域气候变化及水分循环极为重要。卫星遥感和DEM在地表水热交换过程研究中的作用越来越大,它们的引入为定量研究非均匀地表和复杂地形下水热格局和过程带来便捷。 本文围绕山区-平原地表水热通量估算及对比分析这一主题,选取肃南山地和张掖平原为研究区域,以ASTER为遥感数据源,通过几何校正与DEM严格配准,经辐射定标和大气校正,在对多种地表生物物理参数反演方法进行讨论和分析的前提下,选取简便易行的算法反演地表反照率、植被结构参数、地表温度,并在DEM辅助下充分考虑坡度、坡向等地形因素模拟入射太阳短波辐射,之后以这些参数作为输入,基于SEBS模型估算地表水热通量(显热通量、感热通量)和日蒸发,分析日蒸发与土地利用/土地覆盖类型的关系,并进行潜热通量和日蒸发与地表参数的相关性分析和复杂地形分析。 地表水热通量和日蒸发估算结果反映出肃南山地和张掖平原的地表水热格局。且潜热通量和日蒸发估算结果经初步检验与比较,认为具有一定可信度,说明参数化方法和模型估算实用可行; 肃南山地与张掖平原潜热通量和日蒸发与该区不同土地利用/土地覆盖类型量级分析及肃南山地潜热通量和日蒸发与地表参数相关性分析表明,植被的覆盖对下垫面的水热性状影响很大。植被条件较好的林地、草地、水浇地日蒸发较高;植被条件差的寒漠、戈壁、干旱河滩地日蒸散低,其中大部分区域蒸散发量为零或接近零。等间距分级统计拟合肃南山地NDVI、植被覆盖度、叶面积指数、地表温度与潜热通量和日蒸发的相关关系,结果比较认为,用植被覆盖度和地表温度描述区域尺度的地表水热通量可能更好; 肃南山地与张掖平原地表能量通量空间格局对比分析及有无DEM辅助估算的肃南山地潜热通量和日蒸发与地形参数的关系分析表明,复杂地形支配着山区地表能量平衡分量的空间分布,使其空间规律和量值显著不同于平原。而且有无DEM辅助估算的肃南山地各高程段范围内净辐射通量和潜热通量的误差标准差与地形参数标准差的相关关系拟合结果表明,净辐射通量和潜热通量的误差标准差与高程标准差呈线性增长关系,与坡度标准差以及坡向标准差在一定范围内也有明显相关关系,其中净辐射通量的这种关系更为显著。分析结果说明在估算地表能量通量时,复杂地形条件下必须考虑地形影响和效应。


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