基于改进线性双源遥感蒸散模型的四川省干旱监测研究

摘要

蒸散(ET)由土壤蒸发与植被蒸腾构成，是水汽传输与转移的重要组成部分。近几十年来，随着全球变暖、人口增长和经济的快速发展，全球很多地区都出现了干旱状况，地表蒸散也发生了较大变化。因此，正确的反演地表蒸散对了解和利用水资源，提高农业干旱和水文干旱监测水平等方面具有重要的研究意义，特别是对提高农业生产管理和全球气候变化方面有重大的评估意义。
　　本文首先搜集整理了四川省的气象和遥感数据，并对数据进行了处理;其次，改进和优化了混合型线性双源遥感蒸散模型，应用此模型反演得到四川省的地表蒸散，并利用实际蒸散产品数据对该模型进行了精度验证和评价;再次，基于蒸散干旱指数研究了四川省的干旱发生及演进状况，同时，就其用于干旱监测的可行性进行了分析;然后，分析了四川省近15年的蒸散和干旱变化特征;最后，构建了四川省地表蒸散发布系统，为用户和管理部门提供服务。
　　本文完成的研究内容及取得的研究成果如下:
　　(1)通过对已有蒸散模型的总结分析，改进了混合型线性双源遥感蒸散模型，并利用模型反演得到四川省近15年的实际蒸散，就蒸散的变化趋势展开分析，研究表明:近15年来四川省实际蒸散呈现减少趋势，实际蒸散量最大值出现在夏季，其次分别是秋季、春季和冬季;并基于四川省区划以及地貌分区展开讨论，发现四川省川东盆地地区以及川南攀枝花等地的实际蒸散量要高于川西和川北地区。
　　(2)利用四川省近15年的平均温度、最高温度以及最低温度数据，使用Hargreaves公式估算得到了四川省的潜在蒸散，进而对四川省潜在蒸散的变化特征进行了分析，研究表明:近15年来四川省潜在蒸散量升高或下降的变化趋势不明显，一直趋于平稳;在空间分布上，春季、秋季和冬季表现为由四川南部向北部递减的变化趋势，而夏季则表现为由四川东部向西部递减的分异规律。
　　(3)计算了蒸散干旱指数(EDI)，并分析了其用于干旱监测的可行性。利用前期得到的实际蒸散和潜在蒸散结果，计算得到四川省近15年的EDI值，并对EDI的时空动态变化特征进行分析;并进一步将EDI与PDSI和TVDI进行了对比分析，发现三种干旱指数在时空变化上具有一致性。研究表明:近15年来EDI呈现下降趋势;此外，各季度EDI均值都大于0.5，且最大值通常出现在春季和冬季，进而说明了研究区内极易发生冬春连旱;就空间分布而言，在干旱程度及干旱范围上EDI值具有明显的由四川东部或者东南地区向西部或西北地区递增的趋势。
　　(4)基于互联网+和GIS技术实现了四川省地表蒸散数据的网络发布。相对于传统的文献资料管理，本系统在管理效率、互操作性和时效性上有很大突破。主要体现在将地表蒸散数据以图的形式直观地展示给用户，在一定程度上实现了四川省地表蒸散信息的可视化。另外本系统对于客户端几乎没有任何要求，方便用户操作。本系统以ESRI的ArcGIS Sever为开发平台，基于JavaScript和HTML语言实现。该系统除了常规的地图操作功能外，也具备地图打印和数据下载等功能，能够让用户快速且容易地获得四川省地表蒸散变化情况，为广大用户和管理部门提供服务。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究进展及存在的问题

1．2．1 地表蒸散遥感监测研究进展

1．2．2 干旱监测遥感监测研究进展

1．2．3 地表蒸散和干旱遥感监测研究中存在的问题

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．3．3 研究方法

1．4 创新点评述

第2章 研究区概况及数据源

2．1 研究区概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 地形地貌

2．1．3 气候特征

2．1．4 社会经济

2．1．5 水资源

2．1．6 自然灾害

2．2 数据源

2．2．1 MODIS产品数据

2．2．2 MODIS产品数据选择

2．2．3 中国地面累年月值数据集

2．3 数据处理

2．3．1 MODIS产品数据预处理

2．3．2 数字高程数据及其地貌区划

2．3．3 气象数据

2．3．4 土壤墒情数据

2．3．5 净辐射数据

第3章 线性双源遥感蒸散模型的改进与精度评价

3．1 遥感蒸散模型概述

3．1．1 实际蒸散模型概述

3．1．2 潜在蒸散模型概述

3．2 线性双源遥感蒸散模型的改进

3．3 改进的线性双源遥感蒸散模型精度评价与验证

3．4 本章小结

第4章 蒸散干旱指数用于干旱监测的可行性分析

4．1 干旱指数概述

4．1．1 基于气象数据的干旱指数

4．1．2 基于遥感数据的干旱指数

4．2 蒸散干旱指数(EDI)的计算

4．3 EDI用于干旱监测的可行性分析

4．3．1 EDI与PDSI产品相关性分析

4．3．2 EDI与TVDI干旱指数相关性分析

4．3．3 EDI与土壤湿度数据的相关性分析

4．4 本章小结

第5章 四川省近15年的蒸散变化特征分析

5．1 四川省近15年实际蒸散变化特征分析

5．1．1 基于行政区划的实际蒸散变化特征分析

5．1．2 基于地貌分区的实际蒸散变化特征分析

5．2 四川省近15年潜在蒸散变化特征分析

5．2．1 基于行政区划的潜在蒸散变化特征分析

5．2．2 基于地貌分区的潜在蒸散变化特征分析

5．3 本章小结

第6章 四川省近15年的干旱变化特征分析

6．1 基于PDSI指数的四川省干旱变化特征分析

6．2 基于TVDI指数的四川省干旱变化特征分析

6．3 基于EDI指数的四川省干旱变化特征分析

6．4 三种干旱指数在四川省干旱监测中的比较

6．5 本章小结

第7章 四川省地表蒸散发布系统的设计与实现

7．1 四川省地表蒸散发布系统的设计

7．1．1 系统设计目标

7．1．2 系统设计原则

7．1．3 系统结构设计

7．1．4 系统功能设计

7．2 构建四川省地表蒸散发布系统的关键技术

7．2．1 WebGIS技术

7．2．2 ArcGIS Sever

7．2．3 ASP．Net技术

7．2．4 空间模型服务

7．3 四川省地表蒸散发布系统的实现

7．3．1 系统主界面

7．3．2 系统功能

7．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果