半干旱区域日蒸散发估算的遥感研究

摘要

黄河三花间(三门峡-花园口区间)是我国中部地区主要的半干旱区，该区域地势陡峻，地表类型复杂，径流系数大，春季易干旱，夏季易暴雨。通过准确估算区域蒸散量来监测三花间区域地表能量平衡和水分状况，将对研究流域尺度水量平衡、暴雨洪水预报预警、大面积干旱与洪涝监测、数值天气预报以及农田作物产量估算有着重要的现实意义。 传统的气候、水文学方法进行地表蒸散量测量估算局限于离散的点观测与估算，要获得区域蒸散量，存在插值外延精度低、植被冠层温度不易获取、大范围高密度观测成本大、时效性差等局限。20世纪70代，随着卫星遥感技术和计算机技术的迅速发展，使区域地表蒸散量的快速、准确、大面积估算成为可能。多时相、多分辨率、多光谱及多角度的卫星遥感资料能够客观的反映地表的几何结构和水热状况，进而获得近地层湍流热通量和下垫面土壤含水量等研究地表蒸散量的重要参数，使得遥感方法优于常规的微气象、水文方法。但是目前卫星遥感估算蒸散量也存在自身的不足：一方面，陆面地表温度(LST)作为蒸散量反演模型最关键参数之一，非均一地表造成其反演误差较大，反演精度有待提高；另一方面，利用遥感反演地表参数操作流程复杂且反演精度不易控制，所以利用遥感方法建立适合某种气候类型的区域日蒸散发的简化估算模型很有必要。 针对以上问题，本文以遥感数据为基础，少量常规气象数据为补充，水文站实测的日蒸散数据为验证，结合能量平衡模型对地形复杂、地表类型多样的黄河三花问区域日蒸散量估算进行一系列的研究。主要研究内容和研究结论如下： 1、地表温度的遥感反演精度是制约蒸散发估算的关键因子。本文引入山地气候学中的分离-综合法考虑微地形因子中的高程、坡向等对遥感反演的地表温度的精度影响，统计分析得出地形修正系数，进行基于像元温度的地形修正，最后以实测温度值作为验证依据。利用地形修正后地表温度输入SEBAL(基于能量平衡算法)模型的蒸散发估算精度比不考虑地形影响的估算精度有所提高，水文站点的平均相对误差从13.1％减小到9.5％。 2、经地形修正后的MODIS地表温度以及利用ETM+得到的地表覆盖类型、比辐射率、叶面积指数、植被覆盖度等参数输入MODIS蒸散模型估算得到的蒸散发，与MODIS自身反演参数估算得到的蒸散发结果对比分析，得出多源遥感资料(ETM+、MODIS)的结合有利于提高估算精度。 3、从日蒸散发的影响因子出发，分析得出供水条件、地气温差、植被覆盖状况(NDVI)三个关键因子和日蒸散发的可能性关系。其他同类研究区可以根据实际情况，首先分析影响蒸散发的决定性因子，然后选择相应简化公式进行快速估算。

目录

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声明

第一章绪论

1.1研究背景与意义

1.2地表蒸散发研究综述

1.2.1国外蒸散发研究现状

1.2.2国内蒸散发研究进展

1.2.3地形对蒸散发影响研究现状

1.3研究内容与结构安排

1.3.1研究内容

1.3.2本文的结构安排

1.4研究区概况与数据来源

1.4.1研究区概况

1.4.2数据来源

第二章数据选取与预处理

2.1气象数据及其预处理

2.1.1气温

2.1.2水汽压

2.1.3风速

2.2遥感数据

2.2.1 TERRA/MODIS数据预处理

2.2.2 LANDSAT-7/ETM+数据预处理

2.3本章小结

第三章地表温度反演以及温度场的地形修正

3.1地表温度遥感反演

3.1.1地表温度遥感反演算法综述

3.1.2MODIS地表温度反演

3.1.3 ETM+温度反演

3.2地形因子对地表温度的影响分析及修正

3.2.1地形对温度的影响理论

3.2.2地形因子的提取

3.2.3基于地形因子的温度场修正

3.3其他地表参数遥感反演

3.3.1地表反照率

3.3.2叶面积指数

3.4本章小结

第四章基于陆面地表能量平衡算法(SEBAL)的蒸散量估算

4.1地表能量平衡原理

4.2蒸散量估算

4.2.1地表净辐射能量

4.2.2土壤热通量

4.2.3显热通量

4.2.4日蒸散量

4.3精度检验和分析

4.3.1精度检验

4.3.2分析

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.1.1 ETM+地表比辐射率的确定

5.1.2地表温度的坡向修正以及对蒸散发的影响

5.1.3半干旱区域日蒸散发经验模型

5.1.4多源遥感资料估算区域蒸散发

5.2展望

参考文献

致谢