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基于Penman-Monteith模型的鄱阳湖湿地潜在蒸散发量遥感估算研究

吴宗俊  
【摘要】:蒸散发是地表水和能量循环的一个重要环节,是地表水耗散的重要途径。随着遥感技术的快速发展,遥感已可以提供与地表蒸散密切相关的参数,替代点上的蒸发测量,实现大范围地表能量和水分动态监测,在农业、水文、气候、生态等领域中发挥重要的作用。因此,研究地表蒸散发量的遥感估算方法对区域水资源优化配置和生态文明建设有着重要的意义。论文以鄱阳湖湿地为研究区域,以2002年、2005年、2013年、2016年的Landsat卫星影像和常规地面气象观测数据为数据源,建立了基于Penman-Monteith模型的陆表蒸散发量遥感估算模型,对鄱阳湖湿地的月、季、年均潜在蒸散发量进行了估算,并以鄱阳站实测的气象观测数据对Penman-Monteith模型的估算结果进行了验证。此外,对于鄱阳湖湿地的水域,本文运用了河海大学开发的经验模型对湿地水面蒸发量进行了估算,并与Penman-Monteith模型的结果进行了对比研究。在此基础上,分析了影响鄱阳湖湿地潜在蒸散发量的影响因素,以及不同地物类型的蒸散发规律。研究的主要内容和成果如下:(1)数据预处理,其中遥感数据主要借助ENVI5.3软件完成了辐射定标、大气校正、几何纠正和影像裁剪;通过比较反距离插值法、克里金插值法、自然领域插值法这三种插值方法的优缺点和使用条件,选取了反距离内插法,将单点气象数据插值成覆盖整个区域的面数据。(2)利用2002年、2005年、2013年和2016年的Landsat遥感数据,采用支持向量机分类算法对鄱阳湖湿地的土地利用现状进行分类。地物类型分为:水体、泥滩、草洲、农田、裸土、城镇、山丘/未利用土地,并使用混淆矩阵和Kappa系数检验各年的分类结果精度,结果表明:在2002年分类图的总体精度98.20%,2005年总体精度为93.29%,2013年总体精度为91.03%,2016年总体精度为96.03%;2002年分类影像的Kappa系数为0.92,2005年Kappa系数为0.92,2013年的Kappa系数为0.89,2016年的Kappa系数为0.95,这说明提取的土地利用现状图具有较好的可靠性。(3)利用气象数据计算出日大气顶辐射R_a、理论日照时数N、净短波辐射R_(ns)、净长波辐射R_(nl);使用Landsat-8影像数据反演出宽波反照率α和归一化植被指数NDVI,进而计算出净辐射Rn、土壤热通量G和潜在热通量;并探讨了鄱阳湖湿地各地表因子的空间分布特征。(4)运用Penman-Monteith模型计算鄱阳湖湿地潜在蒸散量,结果表明:湿地在2002年的年蒸散发量为1289.60mm,2005年的年蒸散发量为1402.23mm,2013年的年蒸散发量为1559.29mm,2016年的年蒸散发量为1881.02mm。最后分析了不同地物类型在四年中与月均、季度和年均的潜在蒸散发量,得出不同地物类型蒸散发量大小为:水体泥滩草洲农田裸土城镇山丘、未利用土地。(5)最后在遥感图像处理软件上实现了基于Penman-Monteith公式的蒸散发遥感估算模型,对鄱阳湖湿地的蒸散量进行了估算。利用气象站的实测数据对估算结果进行验证,并分析了不同气象因子与潜在蒸散量的相关性。其中,蒸散发量与NDVI的相关系数为0.31~0.82、与日照时数的相关系数0.14~0.67、月平均气温的相关系数0.43~0.87、月平均气压的相关系数0.43~0.71、月平均风速的相关系数为0.15~0.49和相对湿度的相关系数为-0.76~-0.28。


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