区域水资源动态变化遥感定量测算方法研究

摘要

用遥感技术,实现大范围地表能量和水分动态监测,可以在水资源、气候、生态、农业等领域中发挥重要作用,过去几十年的研究虽然取得了许多重要成果,但依然面临很多有待突破的重要问题.本文的主要特色是方法研究,对遥感计算地表蒸散的方法和模型做了较多的理论分析、数据验证以及改进和创新,并对空间和时间尺度问题作了一定的探讨,最后建立了基于遥感技术的区域水资源动态变化的数学模型.论文还分析了蒸散模型的空间尺度效应,通过一系列的模拟实验检验了双层模型在不同地表非均匀状态下的尺度误差,并根据通量尺度扩展的基本法则,推导了双层模型参数尺度扩展公式,不论何种形式的非均匀性,都须遵循相同的尺度扩展步骤,以达到消除误差的目的.将MODIS图像改变分辨率后计算通量,检验其尺度误差,结果表明,在不同覆盖类型的交界处通量误差比较明显,由于算法本身的不连续性,其误差规律较为复杂.针对时间空间的扩展问题,讨论了从瞬时蒸散速率推算日蒸散量的方法,介绍了简化和蒸发比率的基本思路,分析了存在的主要问题,并用地面数据和遥感数据验证了蒸发比率法中以长波上行辐射作为分母的方法,结果表明方法可行,精度基本可以满足要求.风速变化和云的干扰依然是尺度空间扩展中遇到的主要问题,由于难度较大,这方面的研究还需要更多,更细致的工作.分析了植被指数、地面相对湿度和地面温度的遥感反演方法,建立了遥感反演水热参数与实测数据之间的关联模型.针对MODIS数据的特点,对具体算法提出了一些新的改进方法,实现了以上3项指标遥感反演,并做出了相应的遥感反演图.通过分析研究区的常规观测数据,建立了区域水资源的水量平衡方程;通过研究地表实际蒸散量与植被叶面指数、地表相对湿度以及地面温度之间的关系,在相关理论的基础上,建立了区域水资源实际蒸散的遥感模型,通过与水量平衡方程的联立,最后,首次创新性地构建出了区域水资源动态变化遥感定量测算模型,并在研究区得到精度验证.

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的提出

1.1.1研究目的意义

1.1.2现有方法存在的问题

1.1.3本文的出发点

1.2研究的历史及现状

1.2.1遥感技术在水资源领域的应用发展

1.2.1遥感技术在水资源应用方面的评述

1.3研究内容及技术流程

1.4.1研究的内容：

1.4.2研究的技术流程：

2 MODIS数据的数据处理与参数计算

2.1 MODIS数据处理

2.1.1 MODIS数据特征

2.1.2 MODIS1B数据处理流程

2.1.3 MODIS1B数据几何校正

2.1.4 MODIS1B数据大气校正

2.1.5 MODIS1B反射率的太阳高度角校正

2.1.6 MODIS1B数据坏值及噪音去除

2.2地面数据的观测与计算

2.2.1数据观测

2.2.2反照率反演和有效能量计算

2.2.3其它参数的确定

2.3小结

3空间尺度、时间尺度的扩展

3.1空间尺度的扩展

3.1.1空间尺度问题的来源

3.1.2双层模型的尺度扩展

3.1.3 MODIS数据通量及尺度空间扩展效应

3.2时间尺度扩展

3.2.1简化法

3.2.2蒸发比率不变法

3.2.3主要问题

3.3小结

4区域水资源定量测算模型参量的遥感反演

4.1基于MODIS数据的NDVI遥感反演

4.1.1 NDVI发展过程

4.1.2 NDVI的主要类型

4.1.3 MODIS植被指数特征

4.1.4 MODIS植被指数算法实现

4.1.5植被指数的影响因素及优化

4.2基于MODIS遥感数据的地表温度反演

4.2.1温度反演原理

4.2.2温度反演算法

4.2.3辐射率的确定

4.2.4算法实现

4.3基于MODIS数据的地面相对湿度的反演

4.3.1相对湿度遥感监测的常规方法

4.3.2基于温度/植被指数(TVX)的相对湿度反演

4.3.3地面相对湿度反演模型的建立

4.4小结

5区域水量蒸散遥感反演模型的构建

5.1水量蒸散研究的方法

5.1.1、常规方法

5.1.2遥感技术方法

5.2流域年蒸散量遥感模型

5.3实际蒸散遥感模型的建立

5.4小结

6区域水资源动态变化遥感定量测算模型的构建及应用分析

6.1石羊河流域水资源总量平衡

6.1.1区域水资源状况

6.1.2地表水资源量

6.1.3地下水资源量

6.1.4石羊河流域水资源总量

6.1.5区域水资源总量平衡方程的构建

6.2流域水资源动态变化的遥感定量测算模型

6.3实验结果与讨论

6.4模型应用与精度分析

6.4.1流域降水与蒸散差值的遥感定量测算

6.4.2流域水资源量的动态变化遥感定量测算

6.4.3石羊河流域近4年的水资源年际变化遥感测算

6.5小结

7主要研究成果及结论

7.1主要研究成果

7.2结论

参考文献

读博士期间完成的科研情况

致谢