农田蒸散量的多尺度监测与验证研究

摘要

蒸散(Evapotranspiration,ET)包括土壤、水体的蒸发和植物的蒸腾,是地表能量平衡的重要组成部分,在土壤-植物-大气连续体的能量、质量、动量交换过程中起着重要作用,也是水循环中最重要的分量之一。通过对植物蒸腾过程的监测研究,发现农作物的蒸腾量在地表植被的蒸散量中所占比重较高,在水循环和水平衡中起着至关重要的作用。加强对灌溉农田作物蒸散的精确研究,准确地估算典型灌溉农田区域蒸散量,在全球气候变化研究、区域干旱监测与农田灌溉决策、作物产量预报以及流域水资源管理等方面都有十分重要的意义。
　　目前,地表蒸散量的获取方法主要分为以下三种:地面监测、遥感估算、模型模拟。其中,遥感估算具有多时相、多波段、多角度的特点,获取的遥感信息能够综合反映下垫面的几何结构和水、热状况。使遥感估算、模型模拟在非均匀下垫面上区域蒸散量的监测方面具有明显的灵活性。但是,由于地面观测点所代表的足迹与遥感影像像元在尺度上的差异,导致对遥感估算结果的验证成为一个难题。
　　由于大孔径闪烁仪的监测距离较长(250m-4500m),对地表蒸散量可以实现跨像元尺度监测,在对遥感估算结果的验证中被广泛应用。本文以2010年和2011年中国科学院栾城农业生态系统试验站的两种地面观测系统的实际观测数据为依据,结合足迹模型对区域遥感模型估算的典型灌溉农田蒸散值进行对比验证,并对该应用结果进行了初步分析,在此基础上剖析了验证过程中存在的误差来源。通过研究,得到以下结论:
　　1.大孔径闪烁仪测得的2011年冬小麦与夏玉米两季作物生长季(2011.3-2011.10)的蒸散量约为595.8mm,涡度相关系统监测的监测值约为531.1mm,二者的相关系数R≈0.684,从而认可了大孔径闪烁仪在地表水热通量监测中的可行性。
　　2.结合足迹模型对遥感估算数据进行尺度转换,得到与该时期(2011.3-2011.10)大孔径闪烁仪相同观测尺度的地表蒸散量,通过对二者监测结果的分析得出其相关系数R≈0.72。依据大孔径闪烁仪的实测数据对遥感估算值进行校正,得到石家庄平原区冬小麦生长季(2011.3-2011.6)的蒸散量约为351.0mm,与该时期大孔径闪烁仪的观测量335.7mm相比略高约15.3mm,该误差属于正常的阈值范围。即遥感估算数据经过校正后,可以准确的反应地表实际蒸散量。