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。     

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。     

基于TSEB平行模型的黄土丘陵沟壑区蒸散发遥感估算

复杂地形条件下和干旱半干旱植被稀疏条件下的蒸散发遥感估算一直是蒸散发区域遥感估算的难点、热点问题。针对黄土丘陵沟壑区地表起伏、覆被不均一、植被稀疏的特征,选择陕甘交界区为研究区,利用Landsat TM资料求取地表特征参数和地表能量平衡各参量,采用TSEB平行模型反演出该区域的瞬时土壤蒸发、植被蒸腾和土壤-植被总蒸散发量,经过尺度转换,得到日蒸散量;并利用附加阻抗法和FAO Penman-Monteith公式计算实际蒸散发,对TSEB平行模型法遥感估算结果进行了间接精度评价,比较验证结果表明TSEB平行模型法估算的蒸散发结果合理,精高较高。     

SEBAL模型在干旱区区域蒸散发估算中的应用

蒸散发是水量平衡和能量平衡的重要环节,传统的计算方法只能以点为基础进行计算。为排除蒸散发空间变异特性的影响,在遥感技术的基础上,引入了基于地表能量平衡原理的SEBAL模型,对新疆焉耆盆地的日蒸散发情况进行了计算模拟,获取了相关地面特征参数及日蒸散量,并根据盆地内具有大面积湖泊这一实地情况对模型进行了改进。     

地表蒸散发遥感产品比较与分析

蒸散发遥感估算与其他定量遥感反演参数相比存在算法复杂,环节多,输入参数多,不确定性来源多等不利因素,因而造成蒸散发遥感产品成熟度较低,产品较少,不能满足高时空分辨率、高精度、实时获取等应用需求的问题.从蒸散发遥感产品角度出发,选择目前国内外较为常用和知名的蒸散发遥感产品,系统分析了各产品的实际蒸散发估算模型方法、阻抗的...     

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。
     

台湾地区蒸散发的遥感估算与时空分析

在地表能量平衡系统(SEBS)基础上,改进了SEBS的地表动量粗糙度、零平面位移及植被高度等参数化方案,并建立适合台湾地区的气温和地表温度相关性模型,构建了改良的定量遥感蒸散模型SEBS-China。选取台湾地区2002年和2003年4季各一晴空代表日,利用MODIS数据模拟了日均实际蒸散发。模拟结果较实测蒸发皿蒸发量偏小,与实际规律相符。分析模拟结果表明:台湾地区的太阳净辐射量、蒸发比和地表蒸散发量在时间分布上呈现出变化分明的年内分布规律:夏秋季比春冬季高,其中7月最大、1月最小。时间上,2002年4个代表日的模拟值普遍高于2003年的4个代表日。在空间上,高值区位于中部山区,并向东西两侧逐渐降低到沿海地区又略有回升。不同土地覆被类型的平均蒸散发量由大到小依次为森林、草地、水体、裸地、城镇建设用地;各行政区陆面蒸散发分布呈现城市明显低于区县的规律。     

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。     

基于Sentinel数据估算非均匀下垫面蒸散发的方法研究

蒸散发是水循环和能量平衡的重要组成,在地下水监测、农业灌溉等研究中发挥重要作用,但非均匀下垫面会导致遥感估算的水热通量产生空间尺度误差。以Sentinel数据作为基础数据,利用EFAF(Evaporative Fraction and Area Fraction)方法和温度降尺度法校正水热通量偏差,并且对比两种方法的差异。研究结果表明：EFAF方法和温度降尺度法的精度不相上下,决定系数R2约为0.86,平均偏差MBE约为18 W/m²,均方根误差RMSE约为64 W/m²,两种方法的精度都高于未校正潜热通量的精度,对于校正非均匀下垫面造成的潜热通量偏差有一定的效果。EFAF方法估算的潜热通量在像元尺度上的分布与土地分类数据一致,在区域尺度上和未校正的潜热通量分布一致。温度降尺度法估算的潜热通量在像元尺度上与地表温度的分布高度相似,其空间细节信息更加丰富,局部特征明显。     

区域遥感蒸散发模型方法研究

遥感技术为大面积区域陆面水分蒸散发量估算提供了一种新的手段,分析了国内外应用较好的遥感监测陆面水分蒸发的几种方法,主要包括地表热量平衡方法、互补相关陆面蒸散发、Penman-Montieth模型和区域蒸散发的气候学方法,并给出了可供参考的地面参数(地面反照率、NDVI、陆面温度等)的遥感获取方法,还阐述了各种方法的特点及彼此之间的联系。     

三江源蒸散发遥感估算及其时空分布特征研究

蒸散发是地表水热平衡的基本变量,也是衡量植被生长水分适应性的重要指标。针对三江源地面实测资料匮乏的现状,以MODIS系列产品为主要数据源,通过对地表温度—植被指数特征空间法的改进,在日尺度实现了该地区2011～2019年蒸散发的连续遥感估算,并进一步解析其时空变化特征与影响因子,揭示不同土地覆被类型的蒸散发差异,以期为三江源畜牧业可持续发展与生态环境保护提供支撑。对比分析表明：蒸散发的估算结果达到了现有遥感蒸散发产品的精度要求,可用于分析三江源地区蒸散发的时空变化特征。近9年,三江源蒸散发总体呈现先减少后增加趋势,多年平均值为420.04 mm;受海拔与降水控制,蒸散发空间分布异质性明显,从东南向西北逐渐减少;3 194～4 620 m海拔范围内,蒸散发随海拔高度增加呈单峰型变化,站点尺度年蒸散发与降水量之间的相关系数为0.71。虽然不同土地覆被分类系统下蒸散发的统计结果存在差异,但单位面积蒸散发具有林地>灌丛/灌木林>草地/草甸>裸土地/无植被区的明显特征,像元尺度多年平均蒸散发与植被覆盖度的相关系数高达0.77。     

基于深度神经网络联合AMSR2和MODIS数据估算全球蒸散发研究

地表蒸散发（ET）是水循环和能量循环的关键组成部分,具有极其重要的应用价值。研究旨在发展一种可靠且高效的深度神经网络（DNN）模型,基于MODIS可见光数据、微波AMSR2亮度温度和数字高程DEM,实现全天候全球高分辨率每日ET的估算。利用FLUXNET和AmeriFlux通量网6种代表性土地覆盖类型的148个站点观测数据来训练和验证DNN模型,结果表明：DNN模型可以有效建立卫星数据（MODIS、AMSR2数据）与ET之间的关系;6种地类的ET估算结果验证的平均绝对误差（MAE）为0.16—0.63 mm/d,均方根误差（RMSE）为0.27—0.89 mm/d,除裸地的决定系数（R2）为0.37以外,其他地类的R2均>0.7。通过对比模型估算的ET与MOD16A2和GLEAM的ET产品,结果表明3种产品的ET空间分布特征相似,ET值非常接近,估算得到的全球2020年日均ET为0—4 mm/d。     

基于地理加权回归模型遥感近地表气温估算

利用地理加权回归模型（Geographically Weighted Regression, GWR）,考虑近地表气温与自变量之间的空间非平稳性,实现重庆市近地表气温的估算。并将估算结果与地表温度-植被指数模型（Temperature-Vegetation Index, TVX）和普通线性回归模型（Ordinary Least Square, OLS）估算结果进行对比分析。研究结果表明,3种算法估算的近地表气温与站点实测数据空间分布趋势保持一致,但不同日期GWR算法估算的近地表气温与站点实测值间的RMSE均低于OLS和TVX算法,其中TVX算法估算值与实测值间的RMSE均值为2.83℃;OLS算法RMSE均值为1.65℃;GWR算法RMSE均值为1.58℃。此外,各验证站点处GWR算法估算的近地表气温与实测值间的差值（Temperature Deference, TD）的标准差以及绝对值的均值均小于OLS和TVX算法,体现出GWR算法在复杂地表环境下近地表气温的估算优势。     

基于Landsat-5 TM 估算地表温度

基于Landsat25 TM 的热红外波段(6 波段) 数据, 运用覃志豪的单窗算法估算了张掖绿洲地区的地表温度, 结果表明沙漠和戈壁的地表温度最高, 水体和绿洲的温度最低, 估算的地表温度的结果符合地表水热关系。因此, 这种方法能较好地反演出张掖绿洲地表温度的分布状况。     

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...     

基于能量平衡的关川河流域蒸散发的遥感反演

蒸散发是水分循环的重要环节, 遥感技术为区域陆面水分蒸散发量估算提供了一种新的手段, 使用TM 数据和能量平衡模式估算流域蒸散发, 并给出了各个参量的遥感获取方法, 解决了由瞬时遥感数据估算全天蒸散发的问题。通过对关川河流域日蒸散发的模拟, 分析了该流域蒸散发的分布规律, 对陆面过程研究有一定的支持和指导意义。     

蒸气压估算系统软件的建立

饱和蒸气压是重要的热力学性质之一，对于化学过程设计、仿真、优化与控制是必不可少的基础数据。本文建立的VPPS软件是用改进Riedel方程方法估算物质蒸气压的系统软件。该软件采用结构化设计。由单纯形优化算法、改进Riedel方程模块、新物质蒸气压预溅模块、统计比较模块4个主要模块以及基础数据库等组成。VPPS软件采用Microsoft Visual C 6．0编写，除界面部分外，将4个主要模块设计为一个文件，软件中所有用到的数据均保存为文本文件格式，该软件具有通用性强、易于使用、精确方便、可进一步开发等特点。     

地表温度遥感中大气平均作用温度估算模型研究

大气平均作用温度Ta是地表温度遥感单窗算法中一个关键的参数,利用2008~2011年全国123个探空站点资料,针对大气水汽量的垂直分布特征,分析了利用近地层气温T0估算大气有效平均温度的可行性;进一步分析了T0和Ta之间的相关性,建立了适合我国地区大气平均温度估算的最佳模型Ta=44.97098+0.80512 T0,模型的决定系数R²为0.859,均方根误差为4.198 K。通过对44幅HJ\|1B/IRS热红外图像地温反演的敏感性分析,结果表明:模型估算的Ta用于地表温度反演时的误差为1.734 K;当大气透射率τ很小时,模型估算的Ta误差对地温反演很敏感,较小的估算误差会给地温反演带来很大的误差;随着大气透射率τ的增加,Ta的估算误差对地温反演的敏感性逐渐降低。
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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：(1)GLASS 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。     

基于静止气象卫星数据的地表温度遥感估算

基于分裂窗算法和地表温度日周期变化模型,探讨了利用多时相热红外遥感数据反演地表温度的方法。首先,利用分裂窗算法及地表温度日周期变化形式,推导了多时相遥感数据反演地表温度的方法。其次,利用辐射传输模型(MODTRAN),以2006年夏季在禹城观测的3 d地表温度、气温及大气水汽数据做为输入参数、变化观测角及比辐射率,模拟了一日多个时刻与风云二号(F-2D)波谱响应函数一致的亮温数据,基于此,模拟数据库对所提算法进行了检验。最后,利用2010年9月30日FY-2D多时相热红外数据对新疆区域地表温度进行了反演,并与相应时刻的MODIS地表温度产品进行了比较。结果表明：利用模拟遥感数据反演地表温度,模拟值与估算值的相关系数达0.9,均方根误差在1.5 K以内;利用在轨FY-2D热红外数据反演得到的地表温度与MODIS温度产品趋势基本一致,两者的相关性达到了0.5,均方根误差为4.4 K。需要说明的是,此方法仅满足于晴朗无云的条件。