基于SEBAL模型和Landsat-8遥感数据的农田蒸散发估算

【目的】及时准确地获取农田蒸散发量,为科学管理农田灌溉、精准估算作物产量和预报土壤水分动态、合理开发水资源等提供有效依据。【方法】以广利灌区为研究对象,基于SEBAL模型利用Landsat-8数据对研究区域农田蒸散发进行估算,通过地表参数计算净辐射通量、土壤热通量和感热通量,利用余项法求得潜热通量及瞬时蒸散发。假定24 h内蒸散比不变,由瞬时蒸散发扩展到日蒸散发量,最终求得研究区的日平均蒸散发量,将模型计算结果与彭曼公式进行了对比,同时结合灌区提供数据对计算结果进行了验证。【结果】彭曼公式计算2014年5月6日和2015年9月14日蒸散量与实测结果相差分别为5.2%和9.4%,SEBAL模型估算得到2014年5月6日和2015年9月14日的日蒸散量与灌区提供日蒸散量相差4.5%、6.0%,且冬小麦及夏玉米蒸散发在空间上存在一定的差异性,主要集中在灌区中部区域及西南区域。【结论】SEBAL模型计算结果具有较高的精度,而且方法相对快捷高效。     

基于SEBAL模型的宁夏蒸散发遥感估算

宁夏地处干旱半干旱地区,地表蒸散发较为强烈,目前对于区域尺度蒸散发的反演是一大难点,常见的蒸散发产品分辨率较低。基于SEBAL模型对宁夏地区地表蒸散发进行了反演,并采用现有数据集对其估算精度进行了验证,结果发现,利用P-M模型和气象站水面蒸发数据验证,相关系数R²的平均值都保持在0.80和0.79以上,利用MOD16蒸散量产品验证,得到R²的平均值保持在0.90以上,均方根误差的平均值为1.03,偏差的平均值为1.76;宁夏地表蒸散量时空变化特征,在空间上,基本呈现为北部平原向南部山区增加趋势特征,在时间上,2001-2021年蒸散量整体呈上升趋势;分析不同土地利用类型地表蒸散量的分布规律,不同土地利用类型地表蒸散量的能力大小依次为：林地>耕地>水域>草地>城市建设用地>裸地,蒸散量均值依次为10.18、8.18、8.12、7.83、7.70、7.48 mm/d。研究结果表明,基于SEBAL模型反演得到的地表蒸散量有较高的精确度,同时该结果具有较高的分辨率以及在干旱半干旱地区有更广的适用性。     

基于SEBS模型反演凌河流域尺度地表蒸散发量

利用NOAA/AVHRR数据和气象资料,结合反演陆面蒸发较为准确的SEBS(Surface Energy Balance System)模型,反演了2011年我国辽宁西部地区凌河流域蒸散发量的时空分布。研究表明,凌河流域各月的蒸散发量变化范围在0~7mm之间,少数地区超过7mm。研究为大面积获取我国辽西北干旱地区的蒸散发情况奠定了基础。     

基于SEBAL模型和环境卫星的区域蒸散发量及灌溉水利用系数估算研究

[目的]探索基于遥感技术建立准确快捷评估区域蒸散发量和灌溉水利用系数的方法.[方法]以河套灌区义长灌域为研究区,基于SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land)模型和较高时空分辨率的环境卫星影像,建立了SEBAL遥感蒸散发估算模型,并与降水量、灌水量和地下水位数据结合...     

基于MODIS数据的区域蒸散发估算研究

应用遥感方法计算区域蒸散发具有很多常规方法所没有的优势.在基于地表能量平衡原理的SEBAL模型基础上提出了将新一代对地观测数据MODIS应用于反演区域地表蒸散的计算方法,并对新疆焉耆盆地的日蒸散发与月蒸散发情况进行了计算模拟,获取了相关地面特征参数.通过与基于ETM数据的SEBAL模型计算结果进行对比分析,验证了MODIS数据计算结果的合理性,并利用研究区实测水面蒸发值与区域水均衡方法对MODIS计算结果进行进一步的验证,说明了利用MODIS数据反演区域蒸散发的方法是切实可行的.     

应用RS技术建立估算蒸散发模型的研究

蒸散发是水资源分配利用的依据,能够估算出不同气候环境、不同区域的蒸散发是目前研究的重点。这些年运用遥感手段建立模型,结合地面气象站的气象数据、卫星影像等信息,提取参数建立模型来估算蒸散发的方法已经有了较为广泛的运用。其中,利用能量平衡来建立模型尤为广泛,不同的模型,选取参数、处理方法上有所不同,着重针对SEBAL、SEBS估算模型进行详细的对比介绍,SEBAL模型是具有较为坚实的物理基础,已经在平原、盆地、流域等区域进行了成功的应用,SEBS模型与SEBAL模型在模型建立原理上一致,但在计算感热通量H时,采用总体大气的相似理论,引入了热传输粗糙度长度。对这两模型进行了系统学习分析,并针对在新疆未来可开展的工作进行展望。     

一种简化蒸散发遥感反演模型及其在灌区的应用

提出简化的地表能量平衡模型(SSEB)将站点作物蒸散发量递推到整个灌区。首先由气象观测资料计算作物潜在蒸散发量,结合Landsat ETM+60 m热红外波段反演的地表温度差异把站点单日ET扩展到灌区,再融合ETM+和MODIS 1 km热红外时间系列数据,进一步提取全年灌区尺度蒸散发分布图。用湖北漳河灌区2000年的影像资料,将SSEB与SEBAL模型计算结果进行对比,结果表明,二者的决定系数R2达到了0.89。漳河灌区蒸散发主要来源于二、三干渠,年总蒸散发量中,作物蒸发蒸腾占67%,林地蒸散发占17%,水面加上裸地等其它用地的无效蒸散发占16%。     

吉兰泰及周边地区蒸散发的时空变化规律

【目的】探索吉兰泰及周边地区蒸散发的时空变化规律。【方法】以吉兰泰为对象,利用MODIS数据通过SEBAL模型估算了研究区2017年植被生长季5—10月的日蒸散发,并分析了蒸散发与环境因子的相关性。【结果】①生长季日平均蒸散量整体趋势呈单峰型分布趋势,日均蒸散量最大值在7月(3.98 mm),最小值在10月(1.11 mm);②在空间分布上,研究区东南部蒸散发最高,东北部蒸散发最低;不同土地利用类型中蒸散发值由大到小分别为林地、耕地、草地、戈壁、沙漠;各土地利用类型蒸散发量的时间动态表现一致,呈生长期>生长初期>生长后期;③归一化植被指数、高程与蒸散发正相关,风速以及地表温度与蒸散发负相关。【结论】SEBAL模型估算的蒸散发与P-M作物系数法的蒸散发进行对比,相对误差在允许范围之内,表明SEBAL模型对本研究区蒸散发的估算是可靠的。研究区靠近山地的蒸散发大于荒漠区的蒸散发。在植被生长季中生长初期的蒸散发受温度和风速影响最大,生长期和生长后期的蒸散发受地表温度和高程影响最大。     

基于SEBAL模型的农作物NPP反演

基于能量平衡原理,运用SEBAL陆地能量平衡模型,利用国产HJ-1卫星CCD、IRS影像反演了河北省保定市涿州市和高碑店市的农作物净初级生产力(NPP)。利用HJ-1卫星影像、DEM、气象数据,反演净辐射通量、土壤热通量、感热通量,通过能量平衡计算蒸发比系数,进而计算光能利用率;基于DEM计算太阳总辐射,结合通过HJ-1卫星影像计算的光合有效辐射分量(f PAR)反演被作物吸收的光合有效辐射(APAR);利用反演的农作物APAR和光能利用率2个因子,反演农作物NPP。实验结果表明:研究区日蒸散量范围为4.43~8.18 mm/d,均值为6.28mm/d,与利用气象数据和Penman-Monteith公式计算结果 (7.15 mm/d)大致相等,反演精度较高;研究区农作物NPP均值为31.02 g/(m2·d),最高达到139.29 g/(m2·d),其空间分布特征与地物类型分布特征一致。     

基于多源数据的内蒙古察汗淖尔流域作物生育期实际蒸散发分析

探究区域作物生育期实际蒸散发及其空间分布特征,为区域节水潜力评价提供依据.研究结合多源数据(种植结构、遥感数据和气象数据等)和遥感陆面蒸散反演方法,得到作物实际蒸散发(ET),并根据作物不同生长阶段的变化特点结合气象资料估算遥感数据缺失时期的ET.①基于遥感数据和SEBAL模型能够准确反演流域空间尺度的日蒸散发量,其生育初期和中期平均误差分别为11.49％和6.22％.5-7月,日蒸散发逐渐增大,且在7月达到峰值,8-10月日蒸散发逐渐降低,9-10月降低趋势较大;②不同作物之间,生育期ET差异明显,甜菜>土豆>玉米>小麦,分别为619.72 mm、558.67 mm、492.51 mm、456.58 mm.作物生育期ET变化范围分别在476.02～795.73 mm、405.41～684.84 mm、345.11～683.35 mm和313.34～604.62 mm之间;③同种作物因灌溉制度不同,其作物生育期ET在空间上表现出差异性.受流域南北降雨不均影响,4种主要作物生育期ET呈现明显的由南向北递减趋势.北部湖泊附近的小麦,因土壤含水量较高,其生育期ET高于周边其他区域.针对内蒙古察汗淖尔流域内作物生育期ET空间分布差异明显,部分区域地下水超采严重等特点,调整流域内种植结构及灌溉制度尤为重要.     

玉米农田生态系统蒸散发模型参数优化

[目的]在无法根据实测值得到具体模型参数的地域,对经验参数进行优化以提高区域蒸散发模型的精度.[方法]通过黑河流域生态水文过程综合遥感试验水文气象观测数据集中的大满超级站气象要素梯度观测系统的数据,研究玉米农田生态系统的蒸散发模型优化问题.采用差分进化自适应算法,以潜热通量和感热通量为优化目标,引入能量闭合因子对模型参...     

基于遥感技术的区域蒸散发计算方法综述

利用遥感技术计算区域尺度蒸散发是一种非常可行的手段。通过总结遥感蒸散发模型国内外研究现状,根据各模型建模理念、内在机理等,对基于遥感技术的区域蒸散发计算方法进行了梳理;另外,结合目前研究现状,对遥感蒸散发模型当前研究的热点问题进行了总结和归纳,认为时空尺度转换、下垫面特征参数反演、模型结果检验等仍是当前遥感蒸散发研究领域亟待突破的攻坚点。同时,以良好的物理基础为背景,模拟SPAC系统中能量、物质交换过程,利用遥感技术确定地表关键参数的区域蒸散数值模型建立将是今后的发展方向之一。     

基于双源蒸发模型的辽宁东部山丘区潜在蒸散发计算的适用性分析

为探讨双源蒸发模型在辽宁东部山丘区潜在蒸发计算的适用性,本文分别采用两种不同模型对区域潜在蒸发进行计算,并结合实测蒸发数据对各模型计算精度进行探讨,从而确定适合于区域的蒸发计算模型.结果表明:双源蒸发模型可综合考虑植被和土壤蒸发影响,相比于传统单一考虑植被或土壤蒸发的模型,年尺度蒸发计算值和实测蒸发相关系数提高0.21...     

基于能量不平衡优化PSEB蒸散发模型

【目的】优化PSEB蒸散发模型参数,提高模型性能。【方法】利用兰州大学半干旱区流域地表过程与环境变化野外科学观测站的数据,研究PSEB模型优化问题。采用差分进化自适应算法,其核心思想为贝叶斯理论,在PSEB模型中引入能量不平衡修正项(αR_n),通过构造多条马尔科夫链来估计参数的后验信息。运用传统评价指标包括决定系数(R²)、线性回归斜率(Slope)、一致性系数(IA)、模型效率(EF)、平均偏倚误差(MBE)、均方根误差(RMSE),对优化后的PSEB模型性能进行评价。【结果】运用DREAM算法之后,模型的部分参数和能量不平衡修正项(αR_n)得到了很好的约束。2种方案在模型校准期线性回归斜率分别为0.76、0.91,均方根误差(RMSE)值分别为91.24、78.33,方案二的斜率相比方案一更接近于1,且方案二的RMSE值相比方案一降低14%,2种方案的一致性指数(IA)均为0.93。在验证期,2种方案的线性回归斜率分别为0.51、0.54,均方根误差分别为73.14和67.02,比方案一,方案二的斜率更接近于1,且均...     

冠层截留对PML模型蒸散发及能量分配的影响

冠层截留是地表蒸散发过程的重要组成部分,分析冠层截留对蒸散发过程的影响对提高蒸散发模拟精度有积极作用.基于叶面积指数的遥感Penman-Monteith模型(PML)将蒸散发过程分为土壤蒸发和植被散发两部分,在冠层截留对蒸散发及能量分配影响研究方面关注较少.对PML模型加入冠层截留模块,基于望都站2020年的观测数据进...     

基于遥感蒸散发模型的净灌溉水量测算空间尺度研究

【目的】农业用水总量和灌溉水有效利用系数是最严格水资源管理考核总量红线和效率红线控制的重要指标。目前遥感蒸散发模型在珠江片区域蒸散发量估算和净灌溉水量评估的应用度不高,对其空间适用尺度缺乏研究。【方法】以广西区为例,通过试验观测-遥感解译等技术计算不同空间尺度遥感蒸散发量,并与相应尺度直接量测的净灌溉水量建立线性相关关系,根据相关系数,得出误差最小的空间尺度,从而建立一套更准确、快速、有效的最优空间尺度下,根据遥感蒸散发量进行区域净灌溉水量估算的方法。【结果】在较大的广西区、片区尺度,净灌溉用水量和遥感蒸散发量之间存在明显的线性相关关系,相关系数在0.8以上;对比广西区和桂中片区净灌溉用水量实测结果与遥感估算结果,误差均在0.5%以内。【结论】在片区和广西区等较大尺度,遥感测算结果的可信度较高,遥感蒸散发模型适用性较强,其估算结果可为最严格水资源管理考核和农业水资源科学管理提供科学支撑。     

基于CRAE模型的西北地区实际蒸散发量计算

应用我国西北地区常规气象资料对Morton互补相关(CRAE)模型进行了必要的校正,以适应其在西北地区的应用。结果表明,净长波辐射公式是影响模型计算精度的主要因素,且在校正中必须考虑高程的影响。校正后的模型可利用我国常规气象观测资料进行实际蒸散发量的计算,其精度可满足实际应用的要求,模型计算结果反映了西北地区水分蒸发的主要控制因素,具有一定的实际应用价值。     

石羊河流域典型畦灌玉米蒸散发量变化规律及归因分析

【目的】明确石羊河流域典型畦灌玉米蒸散发量变化规律及其驱动因素。【方法】基于涡度相关系统,在2015—2018年于中国农业大学石羊河试验站对西北典型畦灌玉米蒸散发量进行了连续观测。基于偏相关分析及结构方程模型分析了玉米蒸散发量与环境因子之间的关系。【结果】畦灌玉米生育期平均蒸散发量为524.3 mm,日平均蒸散发量为3.5 mm/d,生育期内日蒸散发量呈先上升后下降的单峰变化趋势,在7月达到峰值。净辐射量与蒸散发量之间的相关性最高,对蒸散发量影响程度较大的环境因子为净辐射量、温度、饱和水汽压差。结构方程结果表明,叶面积指数作为中间变量与蒸散发量之间存在正相关性。【结论】畦灌玉米生育期内日蒸散发量呈先上升后下降的变化趋势,净辐射量、温度、饱和水汽压差是对蒸散发量影响较大的环境因子。     

玉米蒸散发变化的归因——基于贝叶斯原理参数优化的双源模型

蒸散发(ET)变化的归因分析对理解蒸散发的控制机理具有重要意义,是建立可靠的蒸散发模型和预测蒸散发变化的基础。通过贝叶斯方法,用差分进化自适应都市(DREAM)算法对双源蒸散发模型(SW)参数优化,使其模拟值与在玉米农田中获得半小时ET观测值达到最佳模拟效果。然后将涡度相关法与SW模型相结合,利用泰勒偏微分方程定量评估了黑河流域大满站玉米区域气候和植被变量对土壤蒸发(ET_s)和植物散发(ET_c)的相对贡献。与2016年相比,2017和2018年平均ET_s分别增加了2.56 W/m²和72.90 W/m²,2017年ET_c增加了24.41 W/m²,2018年减少了13.38 W/m²。2017年和2018年土壤表面可用能量(A_s)对ET_s变化的贡献分别为124%和95.4%,冠层阻力(r_s^c)对ET_c变化...     

基于地面观测和Sentinel-2数据的玉米实际蒸散发估算

基于遥感技术估算作物蒸散发(Evapotranspiration,ET)对农业用水效率评价和精量灌溉决策具有重要意义。结合Sentinel-2数据和农田连续地面观测资料,利用混合双源蒸散发模型(Hybrid dual-source scheme and trapezoid framework-based evapotranspiration model,HTEM)对宁夏回族自治区中卫市2019年两个试验田玉米主要生育期(5—8月)的蒸散发量进行估算,并用水量平衡法对遥感估算结果进行验证和评价。结果表明:Sentinel-2数据具有高时空分辨率,能够与研究区复杂的种植地块相匹配,减少了混合像元的数量;遥感反演参数与地面观测数据拟合度较高,研究区2019年遥感反演的玉米田净辐射量均方根误差为36.256 W/m²。利用HTEM模型估算可得,主要生育期内研究区两个玉米试验田的日均实际蒸散发量分别为4.269 mm/d和4.339 mm/d,实际蒸散发总量分别为525.114 mm和533.690 mm,其中植被蒸腾量分别为363.483 mm和358.196 mm,生育初期主要以土壤蒸发形式消耗水分,随着作物的生长,在生育中后期主要以植被蒸腾的形式消耗水分。ET遥感反演结果与水量平衡结果之间差别不显著,两个观测点绝对误差分别为13.533 mm和7.774 mm。因此,结合地面连续观测系统和Sentinel-2数据估算研究区玉米生育阶段蒸散发量具有较高的精度,可为作物耗水规律研究及区域农业水管理提供技术支撑。