秦淮河流域水稻田地表反照率变化特征及其影响因素分析

摘要

地表反照率能够影响到达地球表面的净辐射能量，可以反映地气之间的能量分配状况。作为很多地表能量平衡方程与陆面气候模式里面一个重要的输入参数，地表反照率是影响地球气候系统的关键变量。地表反照率直接或间接地影响着全球及区域气候，对地表和大气之间的水热交换具有重要的意义。用地面实测资料对稻田地表反照率的研究，既可以更好地刻画以稻田为主要土地利用方式的流域地气之间的能量分配过程;又能够为陆面气候模式提供更加准确的参数值，从而可以为更好地解释土地利用/覆被变化对全球气候变化的影响机制提供参考。 本文首先分析了秦淮河流域稻田的地表反照率，利用地面实测资料对MCD43A3数据进行验证，然后结合MCD43A3数据和植被指数产品MOD13A1，分析了2001-2016年秦淮河流域地表反照率和归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)的变化特征，以及二者之间的相关程度。本文的主要结论有: (1)在田间尺度上，稻田晴天地表反照率基本上呈现“U”型分布的日变化特征。稻田晴天的地表反照率的日变化呈不对称特性，露水和风速、风向是引起其不对称性的主要原因。稻田晴天的地表反照率值较高且日变化较大，而阴雨天较低。田间尺度上，同一地区的下垫面状况较为均一，地表反照率受随时间及天气状况而变化的太阳辐射、湿度等气象因子的影响较大。水稻生长季内的地表反照率先升高后降低，其变化特征会受到降水的影响。整体上，水稻生长季内的地表反照率高于非生长季。水稻生长季内，地表反照率与湿度及短波辐射之间的相关程度较高，温度、湿度及短波辐射等气象因子与地表反照率之间的相关程度因水稻所处生育期的不同而不同，在灌浆期地表反照率与太阳短波辐射及湿度间的相关程度较高，而且都通过了p＜0.01的显著性检验。在水稻分蘖期和拔节期，地表反照率变化较快，而且气象因素会影响其变化特征。 (2)在区域尺度上，不同地区的土地利用类型差异较大，地表反照率受地表覆被类型的影响较大，秦淮河流域2001-2016年整体上地表反照率变化不大，但不同区域的差异较大，在南京市江宁区的禄口机场及其附近和句容市市区附近等城市化发展较快的区域，其土地覆被类型由植被覆盖较多的农田转变为植被覆盖较少的城市，地表反照率升高较为明显。在秦淮河流域的中央区域由于水体面积的减少，地表反照率也呈现升高的趋势。而在城市化水平较高的南京市江宁区的东北部，地表反照率呈现降低的趋势。秦淮河流域2001-2016年各年夏季和春季的地表反照率较高，秋冬两季的地表反照率较小，冬季的地表反照率波动幅度最大，冬季较多的积雪会使地表反照率明显升高。 (3)流域内2001-2016年整体上NDVI呈现降低的趋势，在城市化发展较快的区域降低较为明显，在流域的边缘和森林分布区域NDVI呈现一定程度的升高趋势。在时间尺度上，2001-2016年整个流域内除过水体较多的区域，城市用地的扩张使得植被覆盖较多的农田转变为反照率较高的城市用地，其地表反照率和NDVI基本上呈负相关性。除过水体区域，按照城市、农田和森林的梯度，2005年和2015年各年的地表反照率和NDVI基本呈现相反的变化趋势，在原有城市用地的基础上，城市化水平的进一步提高，城市高密度和高度的城市建筑对太阳辐射产生的“遮蔽效应”会使地表反照率降低。2005年和2015年各年的地表反照率和NDVI相关性分析结果表明，NDVI小于0.45时，地表反照率随着NDVI的升高其变化较不明显，当NDVI值大于0.45时，地表反照率随NDVI升高明显减小。

目录

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摘要

第一章前言

1．1研究目的与意义

1．2国内外研究进展

1．2．1地表反照率的观测或估算方法

1．2．2不同下垫面地表反照率的研究进展

1．2．3中国地表反照率的分布与变化特征

1．3研究区域与数据

1．4研究目的与内容

第二章稻田地表反照率观测试验及其特征分析

2．1研究站点观测与数据处理

2．2研究站点气象条件分析

2．3稻田辐射量特征分析

2．4稻田典型晴天白天地表反照率特征及其不对称性分析

2．5稻田不同天气条件地表反照率特征分析

2．6水稻不同生育期地表反照率特征分析

2．7地表反照率的气象影响因子分析

2．7．1稻田地表反照率与温度和辐射的对比

2．7．2稻田地表反照率温湿度及短波辐射之间的相关性分析

2．8与其他下垫面地表反照率的对比

2．9本章小结

第三章秦淮河流域地表反照率的时空变化特征

3．1 M-K趋势检验方法

3．2 MCD43地表反照率反演方法

3．3 MCD43地表反照率产品与地面实测资料的对比

3．4秦淮河流域地表反照率变化特征

3．5本章小结

第四章秦淮河流域土地覆被变化对地表反照率的影响分析

4．1流域内城市化以及土地利用变化分析

4．2秦淮河流域地表反照率与NDVI的时空耦合分析

4．2．1流域内地表反照率与NDVI的相关分析

4．2．2流域内地表反照率与NDVI的梯度变化分析

4．3本章小结

第五章总结与展望

5．1结论

5．2创新点

5．3不足与展望

参考文献

致谢

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