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1、估算玛纳斯河流域的陆面蒸散量和时空分布 蒸散发包括植被蒸腾和土壤表面蒸发两部分,是水文循环中自降水到达地表后由液态或固体转化为水汽返回大气的阶段.RosenbergN.J.和BladB.L.等人[1]的研究指出降落到地表的降水约有70%通过蒸散发返回大气,在干旱区这个数字能达到90%[2].由此可见蒸散发是水文循环的重要环节.作为淡水资源的主要耗散方式之一,近年来,对陆面蒸散发的研究越来越受到重视,首先因为它是陆地表层水文循环中最大、最难估算的分量,在地球的大气圈-水圈-生物圈中发挥着极其重要的作用,我们人类必须了解它[3];其次,由水分变成水汽需要吸收能量,因而它也是地表
2、能量平衡的主要分量,而地表热量和水分收支状况在很大程度上决定着天气、气候的变化,所以在对全球气候变化的认识和研究中,蒸散发信息的重要性也日益得到重视[3-5];另外,在全球水资源日益匮乏的现实背景下,为了合理利用和分配水资源,更需深入了解不同植被覆盖和土地利用条件下的蒸散发耗水规律,在干旱区尤为如此.因此,作为干旱区流域最主要的耗水方式,准确合理地估算蒸散发量,深入分析其时空分布特征,对了解干旱区流域水分循环和能量平衡,科学管理水资源,具有重要的理论价值和迫切的现实意义. 传统的蒸散发量估算方法如Penman-Monteith模型、Penman-组合模型和基于太阳辐射的日蒸
3、散发模型等,主要利用气象数据,估算点尺度上的蒸散发量,局限于离散的点观测与估算,存在插值外延精度低、大范围高密度观测成本大等缺陷[6],而遥感技术提供了面尺度上估算方法.随着遥感空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率的不断改善,利用遥感技术定量反演地表参数和地表通量,进而基于地表能量平衡方程推算陆面蒸散发量已经成为估算区/流域蒸散发量的重要发展方向[7]. 文中基于双层阻抗模型,以典型干旱区流域-玛纳斯河流域为研究对象,采用理论基础坚实、区域应用限制小、反演陆面蒸散发量较为合理准确的双层阻抗模型,并根据研究区实际情况进行了模型参数化的基础上,结合MOIDS数据、气象观测数据和D
4、EM数据,估算了该流域的陆面蒸散量,并分析了其时空分布特征. 1材料与研究方法 1.1研究区概况 玛纳斯河流域位于新疆天山北麓中段,准噶尔盆地南缘,地理坐标85°01'~86°32'E,43°27'~45°21'N,东西最长198.7km,南北最宽260.8km,海拔最高5242.5m,最低256m,由南向北依次分为南部山地丘陵区、中部绿洲平原区和北部沙漠区3大地貌类型区,流域总面积2.6710km²[8].流域远离海洋,属典型的大陆性干旱气候,年平均气温在6.0~6.9℃之间,夏季极端最高气温
5、可达43.1℃,冬季极端最低气温可达-42.8℃左右[9].年降水量110~200mm,年蒸发量1500~2000mm,具有气候干燥,光照充足,热量丰富,雨量稀少,蒸发量大,气温日较差大等大陆性气候特点[10,11]. 1.2数据 文中研究主要采用了两类数据:MODIS遥感数据和地面实测数据. 1.2.1MODIS遥感数据 文中研究采用了2007年7月3日的可用来监测地球植被季节变化和年际变化的MODIS反射率数据(图1),空间分辨率为500m.该数据从地球观测系统(EOS)计划的NASAX站上下载,已进行了辐射和大气校正,其特点是在已有数据的基础上进行了一些改进,如
6、去除了部分影响较大的噪音点. 1.2.2地面实测数据 为了深入分析遥感反演结果,与遥感数据相对应,文中获取了该流域2007年7月3日炮台、钟家庄和乌兰乌苏气象站(图2)的实测数据. 1.3研究方法 1.3.1双层阻抗模型 所谓的双层就是把非均匀陆面的植被冠层和土壤表面分别看作独立的通量源,作为上下两个层,分别考虑他们的动量吸收、能量和物质转化传输过程以及两者的相互作用.双层阻抗模型将充分考虑到冠层小气候对土壤和植被的不同影响,从而分别针对土壤表面和植被冠层进行模型的参数确定.对于陆地地表来说,地表能量平衡方程可简化为[12,13]:LE=Rn-H-G(1)式中:
7、LE为潜热通量(L为蒸散系数,通常取2.4910ODIS数据,在ENVI+IDL4.5软件环境下,通过编制程序,反演得到了2007年7月3日卫星过境时的瞬时蒸散发量及其空间分布(图3). 从图3可以看出玛纳斯河流域的瞬时蒸散发量表现出明显的地理分布规律,从南到北依次可分为4个区:南部高山区、低山丘陵区、平原绿洲区、平原沙漠区.南部高山区瞬时蒸散发量最低,沙漠区瞬时蒸散发量最大. 2.2日蒸散发量 应用上述日蒸散发模型,对反演得到的瞬时蒸散发量进行时间尺度扩展,得到2007年7月3日的日蒸散发量及
