基于地表能量平衡的大尺度流域蒸散发遥感估算研究

蒸散发是地表能量平衡的关键环节,准确估计流域蒸散发对水资源管理、作物估产、以及环境保护等具有重要意义。研究结合中国中高纬度区域气候特征、土地利用类型以及植被动态特征,改进了基于地表能量平衡系统(Surface Energy Balance System,SEBS)的蒸散发估算模型。以松花江流域为例,进行大尺度流域的多年蒸散发反演。通过多年流域水量平衡、流域内生态观测实验以及全球通量观测网络评价数据验证模型估算精度,同时借助陆面过程模型和NASA的MOD16蒸散发产品进行交叉验证,评估模型模拟精度。结果表明,改进的SEBS模型在全国范围内精度并不统一,但在松花江、辽河流域估算精度较高,因此基于地表能量平衡的蒸散发估算模型是一种估算我国中高纬度区域蒸散发的可行方法。松花江流域时空变化研究发现,流域多年蒸散发总值变化不大,但存在空间上的变异性。     

沙颍河中上游水面蒸发量变化趋势分新

蒸散发是自然界中水文循环和水量平衡的重要内容,是水文循环中受气候变化影响最直接的一项,其对区域内的大气水量平衡和流域内的水量平衡具有重要意义。因此,对蒸散发的研究是水文水资源分析研究、水资源评价、水利工程规划设计等工作的一项重要内容。此外,蒸散发变化的研究对深入了解气候变化规律和探讨气候变化的原因具有十分重要的意义。     

基于CROPWAT模型的流域水量平衡研究

蒸散发量是水量平衡计算中最为重要的因子之一。利用实地调查、勘察及定位观测等手段,获得典型流域的基础资料,采用CROPWAT模型计算流域实际蒸散发量,以研究流域的水量平衡情况。采用该方法计算好水川流域不同土地利用类型的作物需水量及实际蒸散发量,结果表明:好水川流域全年总缺水量为60.17 mm;5类土地利用类型的缺水量,水域>林地>草地>耕地>居民地;基于CROPWAT模型的水量平衡研究结果可以较好反映当地的实际耗水状况及水量平衡状况。     

基于水能分配空间坐标系的流域蒸散变异归因研究

气候和下垫面变化对流域蒸散发产生显著影响,然而,如何定量分解两者对蒸散发变异的贡献程度,一直以来是流域水文学研究的重点和难点。本研究基于水量与能量平衡基本原理,建立水量-能量分配空间坐标系统,分离并量化气候及下垫面变化对流域蒸散发的影响。基于优化的水量-能量分配框架,对全球83个典型流域的实际蒸散发变化（1900—2008年）进行归因研究,对比该方法与基于Budyko-Fu公式的分解法的计算成果,检验该框架在全球范围大尺度流域的科学性和适用性。结果发现,实际蒸散发的变化,在持水能力低的湿润流域主要受下垫面因素的驱动,而在持水能力强的湿润流域中主要受气候因素的影响;对于持水能力低的半湿润流域以及干旱与半干旱流域,其水热状态的变化轨迹主要沿干燥指数线移动,流域内实际蒸散发的变化主要受下垫面因素驱动。与已有基于Budyko-Fu公式的分解法计算结果的比较表明,本研究建立的基于水能分配框架的蒸散发归因方法具有较好的可靠度。此外,相对于传统的Budyko分解法,基于水量-能量分配法的水能空间坐标系能直观地分析气候及下垫面变化分别对流域实际蒸散发的贡献大小、方向及不同时段下流域水能状态的变化轨迹,具有较强的实用性。     

遥感和再分析蒸散发数据精度评估:基于GRACE和流域月水量平衡模型的比较研究

采用GRACE陆地水储量变化数据和两参数月水量平衡模型(WBM-DP)分别构建了流域实际蒸散发月序列ET_GRACE和ET_WBM,以此为基准评价了两种遥感蒸散发数据MOD16、SSEbop和一种大气再分析蒸散发数据GLDAS-Noah在汉江流域上游的性能,解析了基准序列不同对蒸散发数据精度的影响。结果表明,GRACE数据和WBM-DP得到的2006—2014年汉江流域上游蒸散发基准序列在年尺度上较接近,但在月尺度上差异明显。WBM-DP可较好地模拟降水和潜在蒸散发作用下流域水储量的季节性变化特征,构建的蒸散发基准序列也更合理;而GRACE数据反映的流域水储量变化存在不合理现象,由此根据水量平衡方程推算的月蒸散发基准序列也具有异常现象。在月尺度上,基准序列的不同会导致蒸散发数据精度指标的非一致性变化,其精度评估结果也可能不同,在非汛期各月,以ET_WBM为基准时,MOD16综合精度最优;而以ET_GRACE为基准时,SSEbop最优。且相对于ET_GRACE,以ET_WBM     

基于多源数据的黑河流域日尺度蒸散发量模拟

植被蒸散发是地表水量平衡和热量平衡的重要参量,也是衡量植被生长状况和作物产量的重要指标,同时也是进行流域水资源优化配置的依据。遥感技术的快速发展使其成为区域尺度蒸散发模拟的重要手段。以黑河流域为例,构建遥感驱动的蒸散发模拟模型,结合多源遥感数据(MODIS、TRMM等)以及GLDAS全球陆面数据同化系统数据,对黑河流域2005、2010、2015年三个时期的潜在蒸散发和实际蒸散发进行了时间尺度为每日、空间尺度为1km的模拟。研究结果表明:潜在蒸散发月际变化明显,从5月开始增长,于7月达到峰值,然后逐渐减少;实际蒸散发在月份之间变化趋势明显,在2015年均达到了最高值;精度检验结果表明本研究采用的两个模型均达到了很好的效果,Kristensen-Jensen模型更适合用于黑河流域。本研究为黑河流域地表特征数据集提供了重要的日尺度蒸散发数据。     

钱塘江流域蒸散发遥感估算

利用MODIS数据产品,结合气象站点的观测资料,通过基于地表能量平衡的SEBAL模型估算钱塘江流域2011年不同月份的地表蒸散发,并利用实测蒸发数据对模型估算结果进行验证,结果表明SEBAL模型在区域有一定适用性。分析钱塘江流域蒸散发时空变化特征,结果表明:蒸散发具有明显的时空差异性,空间上钱塘江和新安江水库蒸发量最大,从土地利用类型来看水体和林地蒸散发量较高,时间上夏季蒸散发量明显高于其他季节。     

不同蒸散发产品在汉江流域的比较研究

蒸散发是流域水循环和能量循环的重要环节,准确估算蒸散发对流域水循环研究具有重要意义,同时也可以为流域水资源优化配置和可持续利用提供支撑。利用汉江流域观测的逐月降水数据、径流数据以及重力卫星(GRACE)反演的流域蓄水量变化数据计算水量平衡蒸散发(ET_WB),以ET_WB为标准在月尺度上评估4类9种不同蒸散发产品(陆面模式产品ET_clm、ET_noah、ET_mos、ET_vic;再分析数据产品ET_jra;基于模型树集的通量观测产品ET_jung和基于能量平衡的诊断模型产品ET_modis、ET_PML、ET_Zhangke)在汉江流域的适用性。结果表明基于模型树集的通量观测产品和基于能量平衡的诊断模型产品精度较好,再分析产品次之,陆面模式产品(除ET_clm)较差。ET_jung、ET_modis和ET_clm在月尺度上与ET_WB有着较好的相关性,结果误差相对较小;ET_noah、ET_mos、ET_vic结果误差相对较大。该研究结果可以为汉江流域水循环研究和南水北调中线工程管理提供科学参考。     

基于SEBS模型的老哈河流域蒸散发研究

基于表面能量平衡系统(SEBS)模型,结合NOAA/AVHRR数据,估算半干旱的老哈河流域实际日蒸散发量,并将估算结果与结合FAO-Penman模型和作物系数法计算的参考作物蒸发量进行比较,最后综合分析了老哈河流域蒸散发与土地利用、归一化植被指数(NDVI)以及地表温度(LST)的关系.结果表明:SEBS模型在老哈河流域有较好的适用性;老哈河流域实际日蒸散发时空差异较大,其中7、8月份流域蒸散发量较大,9、10月份蒸散发量逐渐减小,流域西部山区的蒸散发量较大,中部和流域出口所在的平原区相对较小;流域不同土地利用类型蒸散发量不尽相同,其中林地的日平均蒸散发量最高,其次为耕地、灌丛和草地;流域实际蒸散发量与NDVI呈线性正相关,与LST呈线性负相关.     

基于MOD16的东江流域地表蒸散发时空特征分析

流域内蒸散特征及其变化原因对于保持能量平衡和水循环有关键作用。基于MOD16遥感数据集,分析东江流域地表蒸散发年际和年内的时空分布规律以及不同土地覆被类型的地表蒸散发时空特征。结果表明:①东江流域蒸散值(ET)整体呈中游>下游>上游的态势,而潜在蒸散发值(PET)呈下游>中游>上游的趋势。②10 a中,ET值波动较小,而PET值则相对波动较大,二者在2014年后均有增加趋势。③年内各月ET呈单峰型,ET值较高的月份集中在5—10月,最高月份在9月,ET值较低的月份集中在12月—次年2月,最低月份为2月;其次,流域内四季的ET均值表现为秋季>夏季>春季>冬季。④不同土地利用类型下,年尺度上,ET表现为裸地>耕地>城市用地>草地>林地;PET表现为城市用地>耕地>草地>林地>裸地;月尺度上,ET与年尺度基本一致,且冬季ET变异系数较高,夏季较低;在林地,四季ET的变异系数均较低,离散程度小。研究结果为预防东江流域的旱涝灾害提供理论依据。     

数据同化对流域蒸散发过程模拟的影响研究

为研究数据同化系统对流域水文过程模拟特别是蒸散发模拟的矫正情况,构建一种基于时变增益水文模型和遥感蒸散发的确定性集合卡尔曼滤波同化系统。参照流域出口流量和子流域蒸散发观测分析水文过程的模拟精度。在时间过程和空间分布上探求流域蒸散发的模拟精度、变化过程和同化校准效应。结果表明,经过数据同化,时变增益水文模型的模拟精度在纳西效率系数和水量平衡系数2个指标上都得到提高;子流域尺度上蒸散发精度也得到改善。进一步分析发现,数据同化对极端气候和人类用水影响明显下的水文模拟实现了较为显著的修正。该方法具有潜在的实用价值,可作为水文过程模拟的备选工具。     

应用遥感技术反演流域尺度的蒸散发

利用MODIS遥感数据结合地表气象观测,在对SEBS模型物理参数进行计算和灵敏度分析的基础上,得到黑河流域春、夏、秋、冬四季不同气象条件和不同下垫面条件下的地表蒸散发。依靠黑河流域综合研究站—临泽站蒸散发仪观测的蒸散发验证遥感反演的精度,结果表明遥感反演的地表蒸散发精度较高,模型参数方案可行。这一方法可以在流域尺度上揭示出流域不同下垫面的蒸散发随季节变化的空间特征。最后,利用遥感反演的蒸散发与地面站点蒸发器实测的水面蒸发量和Penman-Monteith公式计算的蒸发量进行对比分析不同下垫面条件不同季节地表潜在蒸发能力和干湿状况。     

赣江上游流域蒸散发量影响因素的遥感分析

基于AVHRR遥感数据和气象观测数据,将地表能量平衡系统 (surface energy balance system,SEBS) 模型应用于赣江上游流域,在不同气象条件下对日蒸散发量进行估算。结果表明,SEBS模型对日蒸散发量的估算满足一定的精度,可以应用于此流域。通过遥感反演分析发现,赣江上游实际日蒸散发量受到净辐射、植被覆盖率、地表温度等因素的影响;反演参数与土地利用在空间上有良好的相关性和一致性,且在时间上有明显的年内分布规律。     

基于 Kc和 NDVI 关系的蒸散发量空间尺度提升 及时空变化

为探究流域长时序高空间分辨率蒸散发量计算对区域水资源开发利用、水利工程规划设计及农业可持续发 展的重要意义,以河北省邢台市柳林流域为研究对象,基于 Penman-Monteith 模型和蒸渗仪实测蒸散发数据计算 不同时期的流域作物系数（Kc）,并建立 Kc与归一化植被指数（normalized?difference?vegetation?index,NDVI）的关系, 利用 250?m 分辨率 NDVI 产品将蒸渗仪测算的蒸散发量升尺度到柳林流域,计算流域各网格 2000—2021 年的蒸 散发量,分析蒸散发量的时空变化规律。结果表明：柳林流域多年平均潜在蒸散发量为 1?135.6mm,呈下降趋势; 多年平均蒸散发量为 591.4mm,呈上升趋势。蒸散发量在空间上西北高东南低,四季蒸散发量空间分布特征与多 年平均蒸散发量一致,且季节上分配不均。基于 NDVI 估算的蒸散发量与水量平衡法计算的蒸散发量 2000—2020 年多年平均相对误差为 7.9%,说明利用 Kc与 NDVI 关系可以较精确地对蒸散发量进行空间尺度提升。     

SEBAL模型在台兰河流域蒸散发研究中的应用

由于陆地表面的空间非均匀性,传统的观测手段难以由点向面拓展。采用基于地表热量平衡的SEBAL模型,利用MODIS影像数据估算了位于干旱地区的台兰河流域的实际蒸散发量及其时空分布特征。结果表明:日蒸散发量的实测值与反演值相关性为0.88,月蒸散发量的实测值与反演值相关性为0.91,精度较高。估算全年总的蒸散量约为7.04亿m3,比水量平衡法计算的蒸散量大4%。通过各精度的检验可知,该模型计算结果较为可信。     

CLM5陆面模式在珠江流域蒸散发模拟的效果评价

为探究最新版本的陆面模式CLM5(Community Land Model, version 5)对地表蒸散发的模拟效果,选取珠江流域为研究区域,采用CLM5对该流域1989—2018年的地表过程进行模拟,并以基于卫星观测的GLEAM遥感蒸散发产品作为真值对模式的蒸散发模拟表现进行评价。评价从时间和空间的多个尺度展开,结果表明,时间上,CLM5对珠江流域的蒸散发模拟存在不同程度的低估,流域多年平均蒸散发的相对误差为-16.07%,这种低估主要来源于对冷季蒸散发低值的低估。相比之下,CLM5对于暖季蒸散发高值的模拟表现较好。空间上,CLM5在流域东南部、南部和西部区域的蒸散发模拟效果较好,北部地区模拟表现较差。研究可以为CLM5陆面模式中蒸散发模块的发展提供参考。     

黄河流域多源蒸散发产品评估

准确估算蒸散发对流域水循环研究具有重要意义。文章以黄河流域为研究区,通过引入植被初级总生产力以实现对SW模型的改进,并对改进SW模型(ET_SW＿GLASS)、陆表特征参数蒸散发产品(ET_GLASS)和基于蒸散发互补方法蒸散发产品(ET_CR)进行对比评价。结果表明：ET_GLASS、ET_CR和ET_SW＿GLASS在流域时空变化格局方面有较大差异;与基于水量平衡方法计算的值相比,ET_SW＿GLASS的精度最高;ET_SW＿GLASS的栅格尺度月均不确定性低于ET_GLASS和ET_CR。该结果可为黄河流域水循环研究提供重要参考。     

植被覆盖变化对流域总蒸散发量的影响研究

流域总蒸散发是进行流域植物资源开发与保护时需要考虑到的一个重要因素.但目前在植被覆盖对流域总蒸散发有何影响的问题上还存在很大的争论.为了得到适用于不同地区且能反映蒸散发的总体规律,本文以一个丰枯水周期为观察的时间尺度,以整个流域为观察的空间尺度,提出了流域总蒸散发具有相对稳定性和客观存在性特点的观点.文章从模型模拟、水量平衡、水热平衡、经验公式角度对该观点进行了论证.该观点对增强水资源和陆地资源的管理、改善生态环境等都具有较好的促进作用.     

基于分布式水文模型SWAT的临沂流域水量时空分布特征研究

为了分析上下游区域水量分布特征,以临沂流域为研究区,结合流域水量平衡分析理论,构建了临沂流域分布式水文模型SWAT,进行了临沂流域产水模拟.在此基础上,给出临沂流域上下游区域水量时空分布图,并结合临沂上下游流域经济发展及用水情况,分析了临沂流域上下游区域的水资源分布及供需状况.研究结果表明:对于半干旱区中尺度流域采用多站点多时段多要素的率定方法,能够提高SWAT模型的模拟效率;临沂流域上下游水资源均较丰富,能够满足工农业生产和人们生活需要;临沂流域水量在时空分布上极不均匀,容易发生旱涝灾害,应加强水利设施建设.     

黄河流域1961—2012年蒸散发时空变化特征及影响因素分析

基于黄河流域1 500个0.25°×0.25°网格,应用可变下渗能力模型VIC-3L计算1961—2012年黄河流域水文过程,获得日尺度的实际蒸散发量和潜在蒸散发量数据。运用Mann-Kendall趋势检验方法和Budyko水分能量平衡公式,分析了实际蒸散发量、潜在蒸散发量、蒸散发率和干燥指数的时空变化趋势及蒸散发受水分能量供应条件限制情况。结果表明:总体上实际蒸散发量和潜在蒸散发量呈减小趋势,其中潜在蒸散发量减小趋势显著,但在流域不同区域的增减趋势不同;蒸散发率和干燥指数的变化不明显;黄河流域上游蒸散发主要受能量供应条件限制影响,而中下游受水量供应条件限制影响较大。