基于sebal模型的农作物npp反演

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1、2014年11月农业机械学报第45卷第11期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．11．042*基于SEBAL模型的农作物NPP反演1，213113苏伟刘睿孙中平刘婷姜方方曹飞(1．中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083;2．农业部农业信息技术重点实验室，北京100081;3．环境保护部卫星环境应用中心，北京100094)摘要:基于能量平衡原理，运用SEBAL陆地能量平衡模型，利用国产HJ-1卫星CCD、IＲS影像反演了河北省保定市涿州市和高碑店市的农作物净初级

2、生产力(NPP)。利用HJ-1卫星影像、DEM、气象数据，反演净辐射通量、土壤热通量、感热通量，通过能量平衡计算蒸发比系数，进而计算光能利用率;基于DEM计算太阳总辐射，结合通过HJ-1卫星影像计算的光合有效辐射分量(fPAＲ)反演被作物吸收的光合有效辐射(APAＲ);利用反演的农作物APAＲ和光能利用率2个因子，反演农作物NPP。实验结果表明:研究区日蒸散量范围为4.43～8.18mm/d，均值为6.28mm/d，与利用气象数据和Penman-Monteith公式计算结果(7.15mm/d)大致相等

3、，反演精度较高;研究区农作物22NPP均值为31.02g/(m·d)，最高达到139.29g/(m·d)，其空间分布特征与地物类型分布特征一致。关键词:农作物净初级生产力反演SEBAL模型蒸散光合有效辐射中图分类号:S127文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)11-0272-08了许多影响NPP的植物生态生理反应和复杂生态引言系统过程和功能变化，且以点代面。生理生态过耕地质量是食品安全的基础，是指耕地用于一程模型机理清楚，但过程模型比较复杂、研究涉及［5］定的农作物栽培时，耕地对农作

4、物的适宜性、生物生的领域广泛、所需参数太多、而且难以获得。光产力的大小、耕地利用后经济效益的多少和耕地环能利用率模型和生态遥感耦合模型是结合遥感技境是否被污染。其中，耕地生产力即耕地地力，是农术和农作物生理过程的模型，建立在农作物生理田承载力估算、农田合理利用和科学管理的依过程的基础上，可以进行快速、精确、大范围的农［1］据。净初级生产力(Netprimaryproductivity，NPP，作物NPP反演，是目前农作物NPP反演的主要方2［6－7］单位:g/(m·d)，以干物质计，下同)，是指绿色植

5、物法。MOD17A3是基于MODIS(TEＲＲA卫星)在单位时间和单位面积上所能累积的有机干物质质遥感参数、通过BIOME-BGC模型计算NPP的，目量，它能够以统一的尺度标准体现生态系统生产力，前已在全球不同区域的植被生长状况、生物量估是很好的农田生产力衡量指标，避免了以作物产量算、环境监测和全球变化等研究中得到验证和广［8－11］衡量农田生产力时由于农业结构调整、作物品种变泛应用。［2］化等的干扰。陆面能量平衡方法SEBAL(Surfaceenergy目前，对于农作物NPP的反演方法主要分为bal

6、ancealgorithmforland)模型是由荷兰2类:利用模型估算，如BIOME-BGC模型、GLO-Bastiaanssen教授提出的基于遥感的陆面能量平衡［12］［13］PEM模型等;基于统计分析的方法，利用农业统计模型，该模型具有清楚的物理意义，自1994中的产量、面积等资料计算农作物NPP。现有的年应用以来，在欧洲和亚非国家得到成功应用。NPP估算模型大体分为4种类型:气候生产力模SEBAL模型最初是用于蒸散发的估算与反演，美国型、生理生态过程模型、光能利用率模型和生态遥爱达荷州水利部门

7、曾对SEBAL模型进行了地面验［3］感耦合模型。其中，气候生产力模型建于NPP证，在作物的整个生长期内，SEBAL模型估算蒸散［4］研究的起步阶段，形式简单，应用广泛，但忽略发误差约为4%;中国科学院兰州大气物理研究所收稿日期:2014-01-08修回日期:2014-02-15*“十二五”国家科技支撑计划资助项目(2012BAD20B0103)、国土资源部公益性行业科研专项资助项目(201011006-04)和农业部农业信息技术重点实验室开放课题资助项目(201203)作者简介:苏伟，副教授，博士生导

8、师，主要从事农业遥感应用研究，E-mail:suwei@cau．edu．cn通讯作者:孙中平，高级工程师，主要从事环境遥感与GIS应用研究，E-mail:sunnybnu114@163．com第11期苏伟等:基于SEBAL模型的农作物NPP反演273在黑河地区地气相互作用观测实验研究的结果表1陆面能量平衡方法明，计算1d的蒸散发值时，估计误差在8%以内。2003年始，Bastiaanssen等开始将SEBAL模型用于陆面能量平衡方法(SEBAL)中的陆面