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：(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。     

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。     

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。     

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。
     

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。     

基于SMOS、SMAP数据的青藏高原季风及植被生长季土壤水分长消特征研究

青藏高原地理位置特殊、环境特征显著,是地球系统作用的关键参与和决策者。利用大尺度的星载微波遥感数据开展其土壤水分研究,不仅能为理解典型地区对全球水、气、能、热交互机制的量化影响提供理论支持,还能够为证实遥感数据的可靠性提供实践依据。以SMOS(2011—2020)和SMAP(2016—2020)卫星土壤水分数据为主,以ISMN实测数据、GPCP降水数据、MOD16A2蒸散发数据、C3S地表类型数据为辅,利用土壤水分(年均值,■与时间之间的相关系数(R_xt),研究青藏高原土壤水分在季风及植被生长季(7—9月)的时空分布及长消特征;进而利用偏相关系数(R_xy,z),初步分析了土壤水分与降水和蒸散发的耦合关系。结果显示,青藏高原土壤水分在时间上呈现先减(2011—2015年)后增(2015—2018年)随后波动变化(2018—2020年)的趋势,在空间上呈现自西北向东南逐渐升高的趋势;大部分地区的土壤水分与降水的耦合表现强于蒸散发;SMOS和SMAP对青藏高原土壤水分时空特征的捕捉具有较高的一致性。     

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。     

基于遥感和气象数据的东南亚森林动态变化分析

为进一步了解热带森林动态变化与人类活动及气候变化之间的关系,利用MODIS遥感数据和ERA-Interim再分析气象数据,通过时间序列分析和相关性分析,得到2001～2013年东南亚地区11个国家的森林净初级生产力(NPP)时空变化情况及其与植被覆盖率(VCF)、温度、降水和光合有效辐射(PAR)的相关关系。结果表明:①东南亚地区森林NPP呈现由赤道向南北两极方向增加的趋势;②研究区大部分区域NPP呈减少趋势,NPP变化较剧烈的地区变异系数一般较大,生态系统的固碳能力不稳定;③研究区整体森林覆盖率较高(60%～80%),2001～2013年间大部分区域VCF呈增加趋势,部分地区VCF与NPP的偏相关系数较相关系数高,表明NPP受人类活动影响大;④东南亚地区温度、降水和PAR都较高,热带雨林气候国家较热带季风气候国家森林NPP与气候因子具有更好的相关性,一般与温度呈负相关,与降水和PAR呈正相关。     

中国区域2007~2018植被荧光时空变化与气候响应模式研究

基于GOME-2 卫星日光诱导叶绿素荧光（SIF）产品数据集,对2007~2018年中国区域SIF进行时空变化分析,探讨了中国区域SIF对气温、降水、辐射等气候变化的响应。结果表明：①中国植被区域SIF总体上呈现从东南向西北递减的空间分布,12 a间年均SIF增加了20.2%,增幅达0.034 mW/m²/sr/nm,增加区域占比为80.3%,呈显著增长区域占比25.7%,增长区域主要分布在植被较为密集的中国东部、南部和东北部。②季节尺度上,夏季SIF增加的区域和幅度最大,增幅达0.065 mW/m²/sr/nm,增加区域占比为82.1%,呈显著增长的区域占比19.4%,SIF增长区域与年均SIF的趋势基本一样。春季和秋季SIF总体也是呈增长的趋势,而冬季只在中国南部增长趋势明显。③与气候因子的偏相关响应分析表明,在寒温带针叶林区域,气温是SIF增长主要的影响因子;在暖温带及温带植被区域,降水是SIF增长主要的影响因子;在亚热带常绿阔叶林区域,影响SIF增长的更可能是人类活动;对处于较低纬度地区的热带季风雨林区域来说,辐射是SIF增长的主要影响因子。研究结果揭示了2007~2018年间的中国区域植被荧光时空变化规律及其与气候变化间的响应关系,可为全球碳循环研究提供必要的数据支撑。     

植被MODIS-LAI的温度降水响应

本研究首先利用贵州省2001全年基于MODIS遥感影像反演的8天一景的LAI平均资料,采用高光谱遥感数据处理分析方法对研究区地物进行分类,得到研究区植被覆盖类型结果;然后基于此分类结果,分别选取研究区19个气象站点附近各种类型植被,结合2001年贵州省温度和降水气象数据,建立了各种植被LAI与温度及降水的相关关系,用以揭示植被的季节变化对气候变化的敏感性特征响应,并从地球物理学、生态学、气候学等多个角度进一步阐明了出现相关特征的原因和物理机制。结果表明:研究区植被覆盖与温度随季节变化有显著的相关,而与降水的相关则由于植被对水分的滞后性反映则不甚显著;其中常绿林和落叶林由于较为稳固的生态环境和较少受到一些人为因素干扰而与温度和降水具有更高的相关性,而农田和草地对温度和降水的响应则更为复杂和敏感。     

新疆北部植被生长季NDVI时空变化及其与冬季降雪的关系

植被是陆地生态系统最重要的组成部分,在调节陆地碳循环过程和气候变化中起着关键作用。冬季降雪为植被生长提供良好的水分条件,加强冬季降雪与植被关系研究具有重要的生态意义。利用1982~2013年GIMMS NDVI数据,基于趋势分析研究了北疆4~10月植被覆盖的时空变化特征,并结合WRF模拟冬季降雪数据,采用基于栅格的相关性分析方法,分析了各月NDVI对冬季降雪的响应及不同生态系统之间大小的差异。结果表明:(1)北疆地区4~10月NDVI总体呈增加趋势,增加区域主要位于农田地区和高海拔草地,但准噶尔盆地中东部地区呈减少趋势;(2)区域内冬季降雪基本呈环状分布,中部少、四周高,冬季降雪呈增加趋势;(3)冬季降雪与5、6月NDVI显著正相关的面积最大,且显著正相关区域主要位于准噶尔盆地的荒漠生态系统;(4)冬季降雪对整个研究区以及不同生态系统类型NDVI的影响具有显著的滞后性,对4~10月NDVI的影响均呈现先增大后减小的趋势,且对6月NDVI的影响最大。     

基于MODIS NDVI和多方法的青藏高原植被物候时空特征分析

基于遥感的植被物候分析具有连续观测、覆盖面广的优点,已经成为全球气候变化背景下植被生理物理变化研究的重要手段。基于青藏高原96个气象站点和对应的MODIS NDVI时序数据,探索分析了2000~2014年间站点、典型植被覆盖和高原整体区域上的植被物候变化趋势及地理环境影响。首先采用三次样条(Spline)函数法、双逻辑斯蒂(D-L)函数法和奇异谱分析法(SSA)进行NDVI时序数据重构,其次利用导数法(Derivative method,Der)及阈值法(Threshold method,Trs)提取植被物候关键参数(生长季长度LOS、生长季开始点SOS、生长季结束点EOS),进而对比分析6种方法提取结果的差异和适用条件;再利用M-K test趋势分析法计算了各站点和区域的物候发展趋势,并探索其与海拔、降水、温度间的相关性;最后将本文遥感LOS与气温阈值法得到的生长期长度指标(GSL)进行了对比验证。结果表明:(1)阈值法有较强的稳定性及适应性,导数法结果差异较大,整体来看阈值法优于导数法。草原及森林覆被类型中3种物候参数使用SSA、Spline、D-L与阈值法的组合提取结果较优;(2)多种方法提取的多种物候参数趋势空间差异性较大,小尺度上趋势比较一致。青藏高原东南部湿润半湿润的灌木草原区及西北荒漠草原区,呈现SOS和EOS推迟、但LOS仍然延长的趋势;青藏高原西南部湿润区呈现SOS延后、EOS提前、LOS缩短的趋势;青藏高原分布广泛的草原区,各物候参数并未呈现显著变化的趋势特征;(3)温度与物候参数发展趋势呈相关关系,温度升高的情况下呈现SOS提前、EOS延后的现象。由于高原地貌、气候的复杂性,多数站点的物候发展趋势与海拔、降水的相关性并不显著,GSL与LOS的相关性也呈现相似的特征。本文证实在植被物候参数遥感提取中,多种方法差异较大,很少有在全部区域均适用的方法;站点尺度上青藏高原在近15年来植被物候并未呈现明显春季提前或秋季延后趋势。     

基于GPM卫星的地形因子与降水云高拟合研究

基于Python利用GPM卫星资料对四川地区2018年5月21日降水事件结合坡度、海拔进行了一次分析。结果表明：此次降水属于暴雨—大暴雨等级，主要降水区域集中在104°E、29°N附近；坡度和冻结层高度、雷暴云顶高都呈线性变化，对流云降水呈正相关趋势，层状云降水呈负相关趋势，对流云的相关系数大于层状云的相关系数，坡度对对流云的云高影响较大；海拔和冻结层高度、雷暴云顶高变化趋势与坡度和冻结层高度、雷暴云顶高变化趋势一致，但层状云的相关系数大于对流云的相关系数，海拔对层状云的云高影响较大。     

辽宁水资源问题及农业节水

辽宁省水资源年降水量及人均、地均水资源量少,空间、年际季节间变差大,区域水资源数量与农业及社会经济发展需求不匹 配。近几十年水资源呈现出社会用水数量持续增长、地下水位持续下降、年降水量逐年减少、人均水资源占有量下降、区域分布更加不 平衡的变化趋势。合理利用、有效保护水资源,必须把水的数量、形态和过程纳入具体的时空范围分析和把握。解决水资源问题的总体 思路是增加来水量,减少去水量,提高蓄水量,加快水循环。注重区域调水与蓄水,实现区域间均衡发展;调整农林牧用地面积比例,并 采取能保存更多降水、加快水循环的措施;从生产效益、保护资源和加强生态建设多方面考虑,合理确定水、旱田面积;提高科技水平, 大力发展现代节水农业。解决辽宁水资源问题,要以整体、系统的观点看待区域水资源问题,保证区域水资源可持续利用;要正确认识 农业在水资源上的战略地位,正确选择农业发展模式,把农业用水、蓄水和保水统一起来,充分发挥农业在加强生态建设上的特殊作 用;要转变利用与保护水资源战略,由“节水”转变为“节水与蓄水并重”或“以蓄水为主”。解决水资源问题的基点放在加强生态建设 上,才能谋求科学发展。     

基于Landsat影像的北京植被覆盖度变化趋势分析

植被覆盖状况是决定大城市地区生态环境质量的重要因素之一,但在快速城市化进程下城市内部及周边地区植被覆盖的动态变化状况尚不清晰,需结合遥感数据进行分析。以北京市为研究区,基于Landsat影像获取植被覆盖度的空间分布,计算移动窗口内植被覆盖度的均值和标准差,将其分别作为表征局部植被覆盖水平和植被覆盖度异质性的指标,采用Mann-Kendall检验识别均值和标准差具有显著变化趋势的窗口,并使用Sen’s Slope估算变化梯度,进而分析北京植被覆盖度变化趋势。结果表明在1984~2014年间：①植被覆盖水平呈显著上升趋势的区域主要分布在市中心与西部和北部山区,而在市中心外“东北、东、东南、南、西南”方向的近郊分布有大量植被覆盖水平显著下降的区域;②植被覆盖度异质性呈显著上升趋势的区域主要分布在平原区,呈显著下降趋势的区域主要集中在北部山区。     

黄土高原水储量的时空变化及影响因素

近年来黄土高原下垫面情况变化巨大,将多源数据应用于水储量变化研究可进一步揭示该区域水循环过程。利用GRACE数据研究了2003～2015年黄土高原地区陆地水储量变化(TWSC)的时空分布特征,结合大气环流数据、TRMM(3B43)降水、GLDAS蒸散发和MODIS地表温度数据分析了气候变化和人类活动对TWSC的影响。结果表明:①2003～2015年黄土高原TWSC整体表现为下降趋势,下降速率约为-5.16±1.51 mm/a,季节变化表现为秋季冬季夏季春季的下降趋势。②过去13 a黄土高原TWSC在空间上表现为自西向东减少,整体处于亏损状态,最小值可达-4.5 cm。③降水对黄土高原西南部、南部的TWSC有影响较大,地表温度对黄土高原东南部、东部的TWSC影响较大。④人类活动对山西和陕晋豫交界地带的TWSC影响较大。利用多源数据对比研究可以较准确地反映该区域水储量变化的时空分布情况,对水循环机理的进一步研究有较大帮助。