应用遥感技术反演流域尺度的蒸散发 Application of remote sensing technology to estimate river basin evapotranspiration.pdfVIP

水 利 学 报 2009年6月 SHUIUXUEBAO 第加卷第6期 文章编号：0559．9350(2009)06．0679-09 应用遥感技术反演流域尺度的蒸散发 周 剑1，程国栋1，李 新1，王根绪1’2 (1．中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃兰州730000； 2．中国科学院成都山地灾害与环境研究所，四川成都610041) 摘要：利用MODIS遥感数据结合地表气象观测，在对SEBS模型物理参数进行计算和灵敏度分析的基础上，得到黑 河流域春、夏、秋、冬四季不同气象条件和不同下垫面条件下的地表蒸散发。依靠黑河流域综合研究站一临泽站蒸 散发仪观测的蒸散发验证遥感反演的精度，结果表明遥感反演的地表蒸散发精度较高，模型参数方案可行。这一 方法可以在流域尺度上揭示出流域不同下垫面的蒸散发随季节变化的空间特征。最后，利用遥感反演的蒸散发与 地面站点蒸发器实测的水面蒸发量和Penman．Monmith公式计算的蒸发量进行对比分析不同下垫面条件不同季节 地表潜在蒸发能力和干湿状况。 关键词：黑河流域；遥感技术；蒸散发；SEBS；MODIS数据 中图分类号：P332．2；TP79 文献标识码：A 1研究背景 蒸散发包括土壤蒸发和植物蒸腾，在水文一能量循环中起着重要的作用。Rosenberg等…指出降落 到地球表面的降水有70％通过蒸散作用回到了大气中，而在干旱区这个数字达到90％，在此过程中，地 表所获得的大部分能量以潜热的形式返回大气。可见，蒸散发是地表水量与能量平衡的主要组成部分。 有效的估算蒸散发，不仅在陆气相互作用和气候变化的研究方面有重要的意义；而且在流域的农业生 产、水资源的规划管理、干旱监测等方面具有重要的应用价值。 自1802年Dalton提出计算蒸发的公式以来，人们从不同角度进行了深入研究，总结了一系列的蒸 分布、完全覆盖的某一类均匀下垫面。对于较大区域蒸散发的计算，由于下垫面几何结构与物理性质在 空间上的高度变化，没有具体的空间参数化方案。遥感，特别是多光谱，多时相卫星遥感技术的发展，使 得能够获取区域尺度下垫面的几何结构、湿热状况、生物物理等多种重要参数空间分布的信息成为可 能；另一方面，遥感监测的是一个区域，具有空间的连续性和时间的重返性，可以弥补地面站点观测稀少 的状况，这两方面的优点体现出遥感技术在蒸散发估算中存在着巨大潜力。 衡、作物阻抗原理建立了作物阻抗一蒸散发模型。Suguin【61利用遥感资料建立了计算冠层日蒸发量的遥 收稿日期：2008．07．30 学院西部行动计划(二期)项目(KZCX2．XB2-09)联合资助 作者简介：周剑(1979一)．男。浙江杭州人，助理研究员，博士，主要从事寒区旱区水文循环和陆面过程研究。 E-mail：zhouji∞@Izb．∽．∞ ·———679·--—- 万方数据 系统模型SEBS(TheSurface Balance Energy System)，该模型发展了一个物理模型来描述地表能量通量估 算中关键参数一热传输粗糙度长度¨引，该处理方案优于其它遥感通量估算模型中多采用固定值的做 法。因而近两年在国外、国内都获得了较广泛应用¨卜埔J。 本文在遥感数据和地表观测相结合的基础上，根据黑河流域的地形地貌和地表覆盖特征对SEBS模型 进行参数识别和灵敏度分析，计算出黑河流域春、夏、秋、冬四个季节典型月份的蒸散发量，以在一定程度 上反映黑河全流域蒸散发的年内变化。并将遥感反演的蒸散发和蒸发器(E601)实测的蒸发、Penman． Monteith公式计算的结果进行对比分析，以反映黑河流域不用季节蒸发条件与水分供给之间的关系。 2 SEBS模型原理 基于地表能量平衡方程的SEBS模型，提出相对蒸发比(实际蒸发量，供水充足条件下蒸发量)的概 念，利用地表极端干湿条件下的潜热一感热关系推导一般情况下潜热一感热的比例进而确定能量分配。 模型应用对遥感数据处理所获得的一系列地表生物物理参数(如反照率、比辐射率、地表温度、植被 覆盖度、ND