干旱区区域蒸散发量遥感反演研究

为研究干旱半干旱区蒸散发量,以新疆为研究区域,基于地表能量平衡,依据地表温度与反照率关系确定蒸发比,利用MODIS影像遥感估算新疆地区的蒸散发量。通过野外验证,模拟蒸散量与涡度相关仪野外观测量一致,平均误差在0.40mm/d。在干旱区,蒸散发量与降水的相关性在82%,与气温的相关性分别为46%。通过模型反演,2005年研究区在空间上以裸土蒸发为主,蒸发量在0-2mm/d之间,主要在塔里木盆地、准噶尔盆地和吐鲁番盆地,而蒸散发量较高地区主要为天山山脉下垫面为林地草地和平原绿洲农田区域,蒸散发量最大达6mm/d。     

柴达木盆地多元信息融合遥感蒸散发估算

蒸散发是水循环中水量、能量平衡的关键过程。REDRAW模型对典型遥感蒸散发模型SEBAL干湿限选取方式进行改进，使用理论计算法估算干湿限地表温度以降低空间歧义性。为检验这两个模型在柴达木地区的适用性，以及气象校正对于蒸散发的敏感性，文中使用ERA5再分析数据、地表站点观测融合作为气象输入，采用REDRAW和SEBAL两种单源遥感蒸散发模型反演柴达木盆地2001-2020年1km×1km分辨率逐月蒸散发，由此求得多年平均蒸散发并水量平衡闭合验证。结果表明：REDRAW模型估算的柴达木盆地年均蒸散发为178.5mm,水量平衡闭合度为89.2%,较SEBAL模型能更好地描述该区域蒸散发特征；基于随机森林模型的气象校正算法可以纠正ERA5再分析数据的系统性偏差，能一定程度上消除缺乏气象站点观测引起的蒸散发估算误差。     

最大熵增蒸散模型在中国区域的应用及时间尺度对比分析

为解决传统蒸散发计算中模型参数、模型缺陷和不确定性等问题,基于最大熵增蒸散发（MEP）模型的模型假设,针对我国不同植被覆盖下的蒸散发（潜热）通量进行估算,并分析半小时、日、周、月等不同时间尺度下的模型表现,以期获得适合我国区域的蒸散发计算方法。结果表明：MEP模型具有较好的模型计算表现,与多个站点的涡度相关实测数据较为接近;MEP模型在半小时尺度上应用更优,所有站点的潜热通量平均决定性系数（R²）为0.75,周、月尺度上潜热通量精度较显热通量高。对MEP模型的两个输入参数（表面温度和比湿）分析表明,表面温度对预测结果影响较大。MEP模型精度高且具有所需输入参数少的优势,研究结果可用于对各种植被覆盖地表的蒸散发估算。     

基于双层阻抗模型的玛纳斯河流域ET遥感估算

针对水文水资源分析计算中最难估算的分量-蒸散发(Evapotranspiration,ET),以典型干旱区流域-玛纳斯河流域为研究对象,采用理论基础坚实、区域应用限制小、反演陆面蒸散发较为合理准确的双层阻抗模型,并根据研究区实际情况进行了模型参数化的基础上,结合MOIDS数据、气象观测数据和DEM数据,估算了该流域的陆面蒸散发量,并分析了其时空分布特征。研究结果表明:中高山区和绿洲平原区,由于植被覆盖度高,以植被蒸腾为主,蒸散发量小;而低山丘陵区和沙漠区,由于植被稀疏,以土壤蒸发为主,蒸发强烈,因而蒸散发量最大。     

夏玉米蒸散优化参数模型及参数敏感性分析

分别采用2种不同的冠层阻力模型和土壤阻力模型,组合成4种Shuttleworth-Wallace(S-W)模型,模拟夏玉米农田灌浆期的逐时蒸散量,以涡度相关法观测蒸散量为实测值检验模型改进的效果,找出最优冠层阻力模型和土壤阻力模型,并分析最优S-W模型对各阻力参数的敏感性。结果表明:李俊改进型有效叶面积指数冠层阻力模型和Sellers土壤阻力模型组合的S-W模型模拟效果最好,S-W模型估算玉米田蒸散的精度显著提高,蒸散发模拟值与实测值的相关系数、一致性指数更接近1,蒸散发模拟的相对误差和均方根误差变小。敏感性分析表明,在计算各个阻力参数模型中,S-W1模型估算蒸散发对冠层阻力最敏感,其次是土壤阻力和有效叶面积指数;采用改进型有效叶面积指数冠层阻力模型和Sellers土壤阻力参数模型组合后,在一定程度上提高了模型精度,提高了计算准确率。     

基于能量平衡算法的精河流域绿洲蒸散发时空变化模拟

基于1998、2007年和2011年三期遥感影像数据,利用SEBAL模型对研究区蒸散发进行了估算,并采用morlet小波分析和M-K突变检验,对实际蒸散量时空格局、变化特征及周期性进行了研究。结果表明:1998—2011年,研究区实际日蒸散发从4.90 mm下降到4.46 mm,总体呈下降趋势;研究区中部艾比湖湖面为极高值,其范围为7.3~9.32 mm,西北部、北部和东部为蒸散量低值区,其范围为0.53~1.27 mm;研究区不同土地类型的日蒸散量中未利用地最小,其次是建设用地,除水体外林地和耕地最高;研究区蒸散量存在26~30 a的周期变化规律,预测2022年将再次转入下降,而2030年蒸散量则将再次进入上升周期。     

青海湖沙柳河流域蒸散发时空变化特征

蒸散发(Evapotranspiration,ET)是植被和地面整体向大气输送的水汽总通量，其作为能量平衡及水循环的重要组成部分，不仅影响植物的生长发育，还可通过影响大气环流从而调节气候。本研究基于MODIS影像数据，结合数字高程模型(DEM)数据和气象数据，采用ArcGIS空间分析和数理统计方法对2000—2019年青海湖沙柳河流域近20 a的蒸散发时空特征进行了研究，并探究了流域蒸散发和气象因子的相关关系及其地形和海拔效应。结果表明：(1)青海湖沙柳河流域年均蒸散量在379.7～575.4 mm，平均蒸散量为501.9 mm，年均蒸散量呈显著的增加趋势(P<0.01)，线性斜率为5.98 mm·a^-1。(2)青海湖沙柳河流域多年平均蒸散量空间差异显著，其值表现为“中间高，两端低”的分布格局，即河源地区和下游河口三角洲地区低于中游地区。从不同植被类型带的多年平均蒸散量来看，高山草甸带>高山寒漠带>高山草原带。蒸散量较显著增加的区域主要分布在流域下游河口三角洲地区，占流域面积的9.7%，较轻微增加的区域占据流域主体，占流域81.2%。(3)年均蒸...     

GLDAS数据产品在渭河流域潜在蒸散发模拟中的应用研究

蒸散发量是水资源管理的一个重要参数,目前的蒸散发模型中需要的大量气象参数,一般都是通过气象站点数据插值得到,对于缺资料和无资料地区有巨大的局限性。文中在对GLDAS气压、气温和风速数据产品年、月、日尺度进行有效性分析的基础上,将其应用于渭河流域潜在蒸散发模拟研究中,模型选用Penman-Manteith公式,对渭河流域2006-2009年日尺度上的潜在蒸散发时空结构进行了定量分析。结果表明:GLDAS数据产品精度较高,完全满足蒸散发研究的需要,较地面气象站点观测,具有较好的时空连续性,在全国性及区域性蒸散发模拟中具有较好的应用前景。     

基于MODIS的沙漠化地区植被覆盖度提取模型的研究

目前常用的植被覆盖度遥感反演模型,受限条件较多,所用系数精度不高。针对上述问题,提出了利用研究区域的实测最大和最小植被覆盖度确定反演模型系数的方法和基于MODIS影像数据的地面实测验证方法。经用该方法对毛乌素沙地沙漠化地区的植被覆盖度进行反演,并同步监测该区域的地表覆盖度对反演结果进行验证,结果表明地面同步实测植被覆盖度与反演的误差绝对值平均值为0.04,反演方法精度较高。研究表明本文提出的利用MODIS影像数据反演沙漠化地区地表覆盖度的模型、地面验证方法切实可行,适合对沙漠化地区地表植被覆盖度大范围且快速的遥感监测。     

蒸散发估算方法及其驱动力研究进展

蒸散发是水文循环的重要组成部分,也是度量土壤-植被-大气耦合系统中水文与能量传输的关键指标。因此,准确估算蒸散发,充分理解蒸散发的驱动力对干旱半干旱区水资源高效利用具有重要意义。本文对区域蒸散发估算方法进行了总结与归纳,并从气候变化和人类活动两个角度总结了干旱半干旱地区蒸散发变化的驱动力。最后,评论了当前蒸散发估算方法及其驱动力研究存在的问题,提出未来应加强蒸散发估算模型的改进与完善,合理规划土地利用,提高水资源利用效率,从而促进区域的可持续发展。     

Comparison of two remote sensing models for estimating evapotranspiration: algorithm evaluation and application in seasonally arid ecosystems in South Africa

Remote sensing tools are becoming increasingly important for providing spatial information on water use by different ecosystems. Despite significant advances in remote sensing based evapotranspiration (ET) models in recent years, important information gaps still exist on the accuracy of the models particularly in arid and semi-arid environments. In this study, we evaluated the Penman-Monteith based MOD16 and the modified Priestley-Taylor (PT-JPL) models at the daily time step against three measured ET datasets. We used data from two summer and one winter rainfall sites in South Africa. One site was dominated by native broad leaf and the other by fine leafed deciduous savanna tree species and C₄ grasses. The third site was in the winter rainfall Cape region and had shrubby fynbos vegetation. Actual ET was measured using open-path eddy covariance systems at the summer rainfall sites while a surface energy balance system utilizing the large aperture boundary layer scintillometer was used in the Cape. Model performance varied between sites and between years with the worst estimates (R²<0.50 and RMSE>0.80 mm/d) observed during years with prolonged mid-summer dry spells in the summer rainfall areas. Sensitivity tests on MOD16 showed that the leaf area index, surface conductance and radiation budget parameters had the largest effect on simulated ET. MOD16 ET predictions were improved by: (1) reformulating the emissivity expressions in the net radiation equation; (2) incorporating representative surface conductance values; and (3) including a soil moisture stress function in the transpiration sub-model. Implementing these changes increased the accuracy of MOD16 daily ET predictions at all sites. However, similar adjustments to the PT-JPL model yielded minimal improvements. We conclude that the MOD16 ET model has the potential to accurately predict water use in arid environments provided soil water stress and accurate biome-specific parameters are incorporated.     

Evapotranspiration of an oasis-desert transition zone in the middle stream of Heihe River,Northwest China

As a main component in water balance, evapotranspiration is of great importance for water saving and irrigation-measure making, especially in arid or semiarid regions. Although studies of evapotranspiration have been conducted for a long time, studies concentrated on oasis-desert transition zone are very limited. On the basis of the meteorological data and other parameters(e.g. leaf area index(LAI)) of an oasis-desert transition zone in the middle stream of Heihe River from 2005 to 2011, this paper calculated both reference(ET0) and actual evapotranspiration(ETc) using FAO56 Penman-Monteith and Penman-Monteith models, respectively. In combination with pan evaporation(Ep) measured by E601 pan evaporator, four aspects were analyzed:(1) ET0 was firstly verified by Ep;(2) Characteristics of ET0 and ETc were compared, while the influencing factors were also analyzed;(3) Since meteorological data are often unavailable for estimating ET0 through FAO56 Penman-Monteith model in this region, pan evaporation coefficient(Kp) is very important when using observed Ep to predict ET0. Under this circumstance, an empirical formula of Kp was put forward for this region;(4) Crop coefficient(Kc), an important index to reflect evapotranspiration, was also analyzed. Results show that mean annual values of ET0 and ETc were 840 and 221 mm, respectively. On the daily bases, ET0 and ETc were 2.3 and 0.6 mm/d, respectively. The annual tendency of ET0 and ETc was very similar, but their amplitude was obviously different. The differences among ET0 and ETc were mainly attributed to the different meteorological variables and leaf area index. The calculated Kc was about 0.25 and showed little variation during the growing season, indicating that available water(e.g. precipitation and irrigation) of about 221 mm/a was required to keep the water balance in this region. The results provide an comprehensive analysis of evapotranspiration for an oasis-desert transition zone in the middle stream of Heihe River, which was seldom reported before.     

箭杆杨林地蒸散的研究

本文运用１９９２－１９９４年新疆莫索湾沙漠站的试验资料，分析了箭杆杨林地蒸散与气象因子之间的关系，并且依据Ｐｅｎｍａｎ的可能蒸散与相对有效土壤湿度建立了箭杆杨林地蒸散量估算模型。     

利用SEBAL 模型与P—M 公式估算乌裕尔河下游地表蒸散

先通过SEBAL模型估算了乌裕尔河下游沼泽旱地交错区1992年7月9日、1994年7月15日、1995年7月18日、1999年7月13日4个时相的日蒸散量,并通过P-M公式与作物系数进行时间尺度扩展得到了这4个时相所处月份的蒸散量,最后对日蒸散量、作物系数、月蒸散量的特征及其影响因素进行分析.结果表明:日蒸散量的频率分布图呈双峰结构,分别体现了旱地的蒸散特征、湿地与水体的蒸散特征;平均日蒸散量依照1994-07-15、1999-07-13、1995-07-18、1992-07-09的顺序依次降低;时相1994-07-15的平均日蒸散量与平均作物系数最高;通过逐步回归分析发现日平均风速、日照时数、日最低气温对参考作物日蒸散量的影响较为明显.     

蒸散发估算方法及其驱动力研究进展

蒸散发是水文循环的重要组成部分,也是度量土壤-植被-大气耦合系统中水文与能量传输的关键指标。因此,准确估算蒸散发,充分理解蒸散发的驱动力对干旱半干旱区水资源高效利用具有重要意义。本文对区域蒸散发估算方法进行了总结与归纳,并从气候变化和人类活动两个角度总结了干旱半干旱地区蒸散发变化的驱动力。最后,评论了当前蒸散发估算方法及其驱动力研究存在的问题,提出未来应加强蒸散发估算模型的改进与完善,合理规划土地利用,提高水资源利用效率,从而促进区域的可持续发展。     

遥感多光谱数据在内蒙古西部湿地监测中最佳波段选取的应用研究——以乌梁素海域为例

湿地由于具有丰富资源、独特的生态结构和功能而享有“自然之肾”之称。为了更好地保护和开发利用湿地,近年来湿地研究成为国际上众多学科学者们关注的热点。本文尝试遥感技术在湿地监测中的应用,从多光谱遥感数据中选取最佳波段来突出湿地类型或湿地植被工作进行探讨。经研究表明最佳波段选取原则除主要考虑波段的信息量要大,而它们之间的相关性要小这两个因素外,还要使波段组合后地物之间的光谱特征差异尽量达到最大。以乌梁素海域湿地为研究对象,利用最佳指数OIF指数选取最佳波段,并结合研究对象的光谱特征、Landsat7卫星ETM各波段用途,最终选取TM453为最佳波段组合,这样的组合可以使不同地物的灰度值差异达到最大,有利于目视解译。     

塔克拉玛干沙漠腹地参考作物蒸散量与蒸发皿蒸发量的对比分析

利用2005-2010年塔克拉玛干沙漠腹地气象资料计算了极端干旱区塔克拉玛干沙漠腹地参考作物蒸散量(ET0),并与气象站蒸发皿蒸发量(Ep)进行了对比分析及影响因素的灰色关联度排序。结果表明:极端干旱区ET0最大值出现于7月,最小值则出现在1月;Ep最大值分别出现在6月,最小值出现在12月。灰色关联分析表明,在年时间尺度上与ET0关系最为紧密的气象因子是Umean,其次是Tmax,而影响Ep气象因子最为紧密的气象因子是Tmax,其次是Umean;在春、夏、秋、冬四个季节尺度上夏季对影响ET0和Ep的气象因子差异最大。ET0与Ep在春、秋、冬三个季节都成极显著关系,而在夏季呈显著线性关系,因此在不同时间尺度上二者可以进行互相替换。     

黑河中游地区区域蒸散量的时间变化规律及其影响因素

表面能量平衡系统是应用卫星对地观测的可见光、近红外和热红外波段资料,结合实测气象数据或大气模式输出数据,根据表面能量平衡原理估算不同尺度的地表大气湍流通量,从而估算地表相对蒸散的一种方法。本文将水文数据与遥感数据相结合,对张掖盆地1990-2004年间的区域蒸散量进行了估算,评价了区域蒸散的年际变化规律,并对其影响因素进行了分析。结果表明:张掖盆地的区域蒸散量呈逐年升高的趋势,这种增长趋势与黑河中游莺落峡、正义峡间的耗水量增加,张掖地区人口、GDP的增长及农田用地的增加有着良好的相关性。