遥感水分收支对区域水资源估算潜能

为获得遥感水分收支对区域水资源估算潜力，利用遥感降水与蒸散发数据，通过研究中国十大水资源一级区及省区尺度上遥感水分收支平衡(降水与实际蒸散发差值)与水利统计水资源量间的关系，发现遥感降水蒸散差折合水资源量与基于统计数据的水资源量间具有较强正相关性，但总体偏低且存在区域差异，其中海河区低估最为显著，其次为淮河区、西南诸河区，西北诸河区则存在较大高估。对于地下水需求较大的区域，如海河区，地下水开采量没有被考虑作为遥感水资源量来源是造成遥感水资源量低估的主要原因。遥感降水低估、蒸散发高估也导致遥感水分收支平衡折合水资源量低于基于统计数据的水资源量。水资源时间变化趋势显示，中国水资源量总体呈增加趋势，但作为粮食主产区及人口密集区的华北地区，水资源形势严峻，呈显著减少趋势，将对经济发展及人们生活产生重大影响。     

遥感水分收支对区域水资源估算潜能

为获得遥感水分收支对区域水资源估算潜力,利用遥感降水与蒸散发数据,通过研究中国十大水资源一级区及省区尺度上遥感水分收支平衡(降水与实际蒸散发差值)与水利统计水资源量间的关系,发现遥感降水蒸散差折合水资源量与基于统计数据的水资源量间具有较强正相关性,但总体偏低且存在区域差异,其中海河区低估最为显著,其次为淮河区、西南诸河区,西北诸河区则存在较大高估。对于地下水需求较大的区域,如海河区,地下水开采量没有被考虑作为遥感水资源量来源是造成遥感水资源量低估的主要原因。遥感降水低估、蒸散发高估也导致遥感水分收支平衡折合水资源量低于基于统计数据的水资源量。水资源时间变化趋势显示,中国水资源量总体呈增加趋势,但作为粮食主产区及人口密集区的华北地区,水资源形势严峻,呈显著减少趋势,将对经济发展及人们生活产生重大影响。     

基于GLASS数据的青藏高原2001—2018年蒸散发时空变化分析

准确认知青藏高原蒸散发时空变化特征,为当地可持续农业的水资源规划及理解高原气候变化具有重要现实意义。研究基于GLASS陆表潜热通量产品,采用Mann-Kendall趋势分析方法,结合青藏高原生态地理分区方案,分析了2001—2018年青藏高原蒸散发的时空变化特征及其与气温、降水和植被的关系。结果表明：①GLASS ET产品可以较好地表征青藏高原蒸散发的时空分布特征;②青藏高原多年平均蒸散发为296.52 mm,整体上呈现出东南高西北低的空间格局,其中东喜马拉雅南翼最高（690.94 mm）,柴达木盆地最低（163.47 mm）;③近18 a来,青藏高原蒸散发年际变化呈波动性上升,只有东喜马拉雅南翼在下降;④研究期间,青藏高原蒸散发以显著性增长趋势为主,占47.44%,主要位于高原东部边缘和中西部腹地,呈显著性减小趋势的地区占3.82%,主要集中于东喜马拉雅南翼;⑤蒸散发的空间分布在干旱区与气温呈负相关,在湿润区呈正相关,与降水空间格局总体呈正相关;⑥蒸散发与NDVI的空间分布呈较好的正相关,与NDVI的变化趋势相关性较为复杂,大部分呈正相关,小部分呈负相关。     

基于遥感的地表蒸散发研究进展

地表蒸散发是整个生物圈、大气圈和水圈中水分循环和能量传输的重要控制因素。遥感技术的应用使得区域尺度的蒸散发估算成为可能,并在过去的几十年中快速发展。研究对遥感蒸散发估算进行了总结与归纳,在此基础上展望了今后的发展方向,明确指出了遥感蒸散发未来研究的突破点及发展方向。提出未来应加强蒸散发尺度效应、夜间蒸散发、不同蒸散发产品的统一真实性检验、国产卫星数据的使用、更高时空分辨率产品的研发以及机器学习在遥感蒸散发产品中的应用。     

蒸散发遥感反演产品应用关键问题浅议

陆地蒸散发精确测算是地球系统和全球变化研究的薄弱环节与难点。遥感提供的蒸散发产品极大地推动了相关领域的研究,但蒸散发遥感产品种类多、反演理论涉及水文学与遥感科学,不仅影响初涉该领域的用户选择产品,且无视数据物理含义、简单拿来主义式的应用可能导致不合理的分析结果,影响科学问题深入研究。基于MODIS、GLEAM等6种长时间序列（1980~2018年）蒸散发遥感产品,以黄土高原蒸散发多年变化趋势为应用案例,从产品特征、反演算法与精度等角度,探讨在应用蒸散发遥感产品时需要注意的关键问题。结果表明：①各种蒸散发产品与观测值在年尺度上差异显著（方差分析/ANOVA,P<0.01）、相对误差在17%~30%之间（R²<0.4）;②蒸散发多年平均值的空间分布整体趋势相似、但局部差异明显（同一区域可高达400 mm/y）;③产品差异使得统计的黄土高原蒸散发变化趋势不一致,甚至出现相反的变化趋势。可见,应用蒸散发遥感产品前,需查明产品算法、输入数据特征、产品反演精度（如误差大小及来源）,掌握产品的优点与局限性;有可供利用的观测数据时,务必深入检验产品在拟开展研究区域的精度,方能根据产品提供的数据展开客观分析。研究结果可为干旱、半干旱地区蒸散发产品选择与应用提供参考。     

基于SEBS模型干旱区蒸散发量研究

以中亚五国和新疆为研究区域,选取近30 a的遥感数据,结合地面观测资料,基于SEBS模型,反演逐日实际蒸散发量。结果表明:2005年生长季,中亚地区蒸散发量为9 741.03×10⁸ m³,新疆地区蒸散发量为2 168.68×10⁸ m³;其蒸散发在1980、1990和2005年5~9月年际变化量分别为8 960.64×10⁸、9 134.37×10⁸、9 085×10⁸ m³。通过研究区降水量和新疆地区水平衡分析,模型反演的蒸散发量值较为合理,定量提出了区域水循环中参与蒸发过程的水量变化,揭示了干旱区区域蒸散发过程的变化规律。
     

基于TSEB模型的黄河三角洲蒸散量估算

蒸散发作为湿地生态系统中地-气间水热交换的主要方式,很大程度上影响着湿地的水热平衡,合理准确地估算蒸散发量,对湿地生态系统的水分循环、能量平衡以及科学管理具有重要意义。黄河三角洲湿地作为世界上暖温带最广阔、最完整和最年轻的河口湿地生态系统,既是气候变化的敏感区,也是生态环境的脆弱区。针对其地理位置特殊、水资源供需矛盾尖锐等特点,利用SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land)和TSEB(Two-Source Energy Balance)模型,对黄河三角洲湿地蒸散发量进行估算:首先利用SEBAL模型计算地表的特征参数和各地表通量,然后利用TSEB模型分离土壤和植被,分别计算黄河三角洲湿地瞬时的土壤蒸发、植被蒸腾和土壤植被总蒸散发量,利用积分关系法进行时间尺度转换,得到日蒸散量。利用气象站实测蒸发值和FAO Penman\|Monteith公式计算的作物系数,对遥感估算结果进行直接和间接精度评价。结果表明反演的蒸散发结果合理,精高较高。分析蒸散的空间分布及不同地表类型的蒸散特性,对比分析芦苇沼泽和芦苇草甸的不同蒸散特点,结果表明基于两模型耦合的方法可用于黄河三角洲湿地蒸散量估算。     

应用Landsat数据和SEBAL模型反演区域蒸散发及其参数估算

随着遥感技术的进步,人们发展了多种通过遥感计算区域蒸散发的方法。SEBAL模型是通过遥感反演地面蒸散的典型方法,它以陆面能量平衡为基础,物理意义明确,只利用遥感影像和少量的气象数据（风速、气温）就能反演蒸散量。Landsat数据的波谱信息丰富、空间分辨率高,数据源稳定,是通过遥感技术反演蒸散发的理想数据源。如果能合理地估算SEBAL模型中的基本参数,将会获得较高精度的反演结果,能够满足在水文、生态、林业等研究或应用中的需要,对区域水资源的管理与利用具有重要意义。从SEBAL模型的基本原理出发,分析了利用SEBAL模型采用Landsat的TM/ETM+数据反演区域蒸散发的基本过程,针对TM/ETM+数据特点对模型所需要的基本参数进行估算求解,为SEBAL模型在蒸散量反演中的广泛应用提供了一定的指导。     

作物蒸散发模型研究中的地表温度反演

针对美国加州Merced县2002年8月9日的ETM+影像,利用单窗温度反演算法反演了遥感蒸散发模型S SEBI中的地表温度参数。选用了ETM+热红外的高增益61波段,对热红外波段反射率较低的植被覆盖研究区进行了地表温度反演,并反演地表温度所需要的几个参数：亮度温度、地表比辐射率、大气透射率。最后得出了研究区域地表温度分布结果：水体地表温度低于植被作物,建筑或道路的地表温度最高。不同地物间地温是不同的,作为蒸散发反演的重要参数,这将影响不同地物蒸散发估算。因此精确反演地表温度,将为今后蒸散发的研究打好基础。     

北美永久湿地NDVI时序变化特征分析——以哈德逊湾西南湿地区域为例

基于2001~2009年MCD12Q1数据,提取哈德逊湾西南区连续9年都是湿地的区域作为研究区。利用1982~2006年GIMMS NDVI数据,分析此区域25 a来NDVI季节、年际变化,并与温度、降水数据进行相关分析。结果显示:研究区域NDVI季节变化呈现单峰曲线形状,夏季达到最大值。1982~2006年NDVI年际变化在春秋两季与全年平均NDVI年际变化都呈增加趋势,夏季与冬季趋势则相反。此区域NDVI季节变化与温度、降水呈极显著相关,冬季NDVI年际变化与温度以及夏季NDVI年际变化与降水的相关性不显著,而其他各时期NDVI年际变化与温度、降水也都呈极显著相关。然而,由于人类活动及其他因素的影响,此区域的NDVI年际变化驱动还存在一定的不确定性。     

Estimation of regional terrestrial water cycle using multi-sensor remote sensing observations and data assimilation

An integrated data assimilation system is implemented over the Red-Arkansas river basin to estimate the regional scale terrestrial water cycle driven by multiple satellite remote sensing data. These satellite products include the Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM), TRMM Microwave Imager (TMI), and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Also, a number of previously developed assimilation techniques, including the ensemble Kalman filter (EnKF), the particle filter (PF), the water balance constrainer, and the copula error model, and as well as physically based models, including the Variable Infiltration Capacity (VIC), the Land Surface Microwave Emission Model (LSMEM), and the Surface Energy Balance System (SEBS), are tested in the water budget estimation experiments. This remote sensing based water budget estimation study is evaluated using ground observations driven model simulations. It is found that the land surface model driven by the bias-corrected TRMM rainfall produces reasonable water cycle states and fluxes, and the estimates are moderately improved by assimilating TMI 10.67 GHz microwave brightness temperature measurements that provides information on the surface soil moisture state, while it remains challenging to improve the results by assimilating evapotranspiration estimated from satellite-based measurements.     

黑河综合遥感联合试验研究进展:水文与生态参量遥感反演与估算

介绍了“黑河综合遥感联合试验”在水文和生态变量与参数反演、估算和模型应用方面取得的进展。在水文变量遥感方面,利用车载双偏振多普勒雷达在黑河上游和中游分别开展了高精度降水观测,获取了后向散射系数和极化信息与降水强度之间的定量关系。在综合利用多源观测信息,改进和发展蒸散发估算模型方面取得了实质性的进展。发展了利用K和Ka波段机载微波辐射计数据反演山区积雪深度的方法。针对SAR观测数据反演土壤水分中地表粗糙度的显著干扰,发展了消除粗糙度影响的反演方法。在生态过程遥感参量估算方面,提出了一种基于机载激光雷达和高分辨率光学影像的高精度地物信息分类方法。发展了从高光谱航空遥感提取植被自然光照下的荧光,并与NDVI结合的C3/C4植被分类方法。发展和改进了使用多角度、多光谱观测反演叶面积指数的方法,挖掘了激光雷达在植被垂直结构探测上的潜力,探索了叶面积指数遥感中的尺度转换规律。发展了利用高光谱数据中的荧光信息反演光能利用率的新方法;建立了考虑土壤反射率、冠层结构等因素的光合作用有效辐射比率反演模型;改进了利用遥感估计生态系统生产力的模型。发展了利用高光谱遥感数据提取叶绿素含量和叶绿素荧光强度的方法。     

基于高分辨率遥感的流域级地质灾害信息管理研究

简要分析了地质灾害调查、监测、预警和救援等阶段对高分辨率遥感数据的需求;针对高分辨率遥感技术在地质灾害领域日益广泛的应用,地质灾害信息将呈现海量、异构和多元化等发展趋势,以地质灾害的区域特征为依据,从流域的尺度研究地质灾害信息管理模式,将地质灾害点、行政区划和流域分别作为对象,建立了多层次树状结构流域地质灾害编码体系,构建了基于高分辨率地质灾害信息“点-线-面”管理的技术框架,并通过原型系统进行了可行性验证,为拓展我国高分辨率遥感技术在地质灾害领域应用的深度和广度提供了思路。     

Research on Using End-member Abundance to Estimate Summer Maize Planting Area

Multispectral satellite remote sensing data of low or moderate spatial resolution are widely used in large range crop planting area extraction.For those areas with complex structure，when the low or moderate spatial resolution remote sensing data sources is used to extract the planting area of target crop，mixed pixel is the main obstacle factor to restrict the area extracting precision.Extracting it on sub\|pixel scale could overcome the restriction of low or moderate spatial resolution and develop the extraction precision.However，the extraction method of target crop planting area on sub\|pixel scale now usually directly use the end\|member abundance to instead the percentage of planting area.Therefore it may cause some errors.On the basis of previous researches，taking Hebi City，Henan Province as the study area，which located in Huang\|Huai\|Hai plain，has the largest summer maize planting area and the complex planting structure.Taking FY3/MERSI data as the main information source.Using the method of spectral matched adaptive best end\|member combination of pixel unmixing to extract the summer maize end\|member abundances.Making regression modeling in various equation forms between summer maize end\|member abundances in pixel and the percentage of planting area.Then select the optimal regression equation form to build regression model，and estimate the actual summer maize ground planting area.Summing up the correlation coefficient when the model was building，significance test and the RMS errors condition of sample point verification.Then choose the cubic model to estimate the planting area of summer maize in the study area.It is proved by remote sensing estimation that the area precision of summer maize planting area is 97.1%，the position precision is 82.5%.     

针对华北地区地下水河湖生态补水成效的卫星遥感动态监测

为评估华北地区地下水超采治理河湖生态补水成效,基于现有国产卫星遥感影像覆盖能力,收集 2020 年华北地区 22 条(个)河湖流域卫星遥感动态监测影像数据,以相关水利基础数据为依据,构建一套完整的针对华北地区地下水河湖生态补水成效的水体遥感监测方案,将影像进行正射、融合、裁剪等预处理后,运用水体指数和深度学习 2 种方法对预处理后的遥感影像进行解译分析,提取河湖流域水面面积和有水河段长度,并结合河湖生态补水量进行验证,分析年内变化规律。监测结果表明：2020 年 7—12 月期间华北地区补水河湖水面面积和有水河段长度减少趋势减缓,并出现增加趋势。通过生态补水有利于缓解超采区水面面积减少趋势,验证通过统筹多种水源、调节时空布局,开展河湖回补地下水的方案是确有成效的。     

Spatiotemporal Change of Water Storage and Its Influencing Factorsin the Ili-Balkhash Basin based on GRACE Data

Climate change and human activities significantly influence regional distribution of water resources and socio\|economic and environmental sustainability.The separation of water formation and dissipation in the arid region leads to a challenge for regional water resources management.A clear insight view on regional water storage variation lacks due to the scarcity of ground observation data in the region.This study applied the satellite data to investigate regional water storage variation in the Ili\|Balkhash Basin.The water storage variation data derived from UTCSR\|RL05 L\|2 data with 1°×1° was compared with the data from GLDAS within a period from January 2003 to May 2014，then applied to investigate the temporal and spatial characteristics of water storage variation as well as their influencing factors in the Basin.The results indicated that water storage increased from every November to April of the next year，and decreased from May to October.Among the factors influencing water storage change in the basin，bias between precipitation and evaporation(BPE) is a most important factor to influence regional water storage change，followed by evaporation.Spatially，the factors influencing water storage change differ in water formation and dissipation region.Water storage change is most influenced by precipitation in the water formation region，but by BPE in the water dissipation region，and the impact of evaporation on water storage change in the water dissipation region is greater than that in the water formation region.     

Comparative Analysis of Soil Water and Salt Dielectric Model

The soil dielectric constant，the basis of the microwave remote sensing inversion of soil water and salt，is one of the main parameters of microwave remote sensing research.It is very important to select the high precision soil water and salt dielectric model to improve the precision of soil water and salt inversion.However，the existing soil water and salt model still can’t quantitatively describe the effect of salt factor on soil permittivity.This paper simulates the complex permittivity of different texture，water content and salinity wet soil by Dobson model，Dobson\|S model，GRMDM model，HQR model and WYR model at L，Cand X bands when soil temperature equal 25 ℃.Comparison and analysis the simulation values with measured values by microwave vector network analyzer.The results show：(1)Dobson model and GRMDM model can accurately simulate the real part of dielectric constant of non\|saline soil，while the stimulated values of imaginary part is less than the measured values;(2)Dobson\|S model can well simulate the real part of the dielectric constant of saline soil，at L，C\nd Xbands the correlation coefficient R equal 0.97，the RMSE is less than 2.10.But for the imaginary part of the dielectric constant of saline soil，the Dobson\|S model，HQR model and WYR model with different simulation accuracy，when soil water content different.This study would benefit the choice of a suitable soil dielectric model for soil moisture and salinity retrieval.     

黑河综合遥感联合试验数据发布

“黑河综合遥感联合试验”(Watershed Allied Telemetry Experimental Research,WATER)是在我国第二大内陆河流域-黑河流域开展的大型航空、卫星遥感和地面同步观测试验。在试验加强观测期结束两年之际,试验数据集正式发布,实现了发展多尺度、多分辨率、高质量并最终完全共享的综合数据集的目标。本文是“黑河综合遥感联合试验”数据专栏的序言,概述了试验数据信息系统的意义、数据集的构成、数据质量控制的基本措施和流程,以及数据共享政策。我们热情邀请国内外同行在内陆河水文与生态研究、定量遥感研究等多方面使用该数据集,共同推进其广泛应用。     

多源遥感驱动的SRM模型在缺资料地区的研究及应用

以MODIS雪盖、风云静止卫星降水、GLDAS气温等多源数据,作为传统SRM模型的输入参数,构建多源遥感驱动的SRM融雪径流模型,并在缺资料地区——青藏高原的年楚河流域进行融雪过程的径流模拟。研究表明融雪后期的瞬时降雪很大程度上影响了插值后积雪覆盖率的精度,在插值的时候考虑降水和气温,排除瞬时积雪干扰,改进线性插值获得每天的积雪覆盖率,可以提高模型模拟精度;遥感驱动的SRM模型在缺资料地区年楚河适用性较好,Nash-Sutcliffe系数(NSE)达到0.681,体积差(Dv)为-0.17%,均方根误差(RMSE)为9.678,模型模拟的精度较高。研究结果可为高寒地区生态水文模型研究提供重要参考,同时可为SRM模型在其他流域尤其是缺资料地区融雪径流计算中的应用提供有效支撑。     

水源保护区划界的遥感与GIS技术研究

科学合理地划定水源地的保护范围是一项技术含量较高的工作。以厦门市饮用水源中的北溪引水渠(管道)和坂头水库为例,根据饮用水源保护区划分原则,研究基于数字化的地形图建立数字高程模型并自动生成汇水区盆地和流域范围的GIS技术、获取相关自然环境专题信息的遥感技术、以及综合利用社会和自然等多种数据源进行保护区范围界定的方法。重点探讨数字高程模型的建立以及汇水区盆地和流域边界自动生成的GIS方法。