遥感监测et模型介绍及其在海河流域的应用

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1、遥感监测ET模型介绍及其在海河流域的应用孙敏章1，王介民2刘绍民3，高军侠4(‘中国灌溉排水发展中心，中国北京100054；2中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，兰州，3北京师范大学遥感与地理信息系统研究中心；4郑州航空工业管理学院环境工程教研室，郑州)捅要：海河流域的水资源短缺，特别是地下水的超采问题严重。为了减少海河流域的地下水超采，必须减少流域的蒸腾蒸发量。为研究海河流域蒸腾蒸发在空间和时间．I：的分布，利用卫星遥感监测技术是绝对必要的，MODIS和TM数据已经用于实现这一目的。利用最新版本的SEBAL模型计算海河流

2、域每一个县和每一种土地利用类型的日、季和年度的蒸腾蒸发量。本文介绍了模型的基本原理，对模型的结果进行了初步的分析，为进一步对海河流域的遥感监测ET进行研究，为流域级节水技术的推广应用，特别是减少蒸腾蒸发(ET)量提供参考依据。关秀匿词：海河流域；蒸腾蒸发(ET)；卫星遥感；SEBAL模型1、引言海河流域地处华北平原，是中国的七大流域之一，水资源非常短缺。流域多年平均水资源总量为372亿m3，仅占全国的1．5％，人均水资源占有量305m3，不足全国的1／6，为世界水平的1／24，流域以其仅占全国1．5％的有限水资源，承担着全

3、国10％的人口及京、津等几十座城市的供水任务。经济社会的发展已超出水资源的承载能力，处于供需严重失衡状态。降雨和蒸腾蒸发(ET)是海河流域水平衡的两个主要因子。最近几年里，通过蒸腾蒸发的水损失大约超过降雨的4％。以1998年为例，海河流域的降雨是1752．7亿m3从黄河调水大约是5l亿Ill3，地下水超采大约是55亿m3，排入渤海的水量大约是42．8亿m3。因此，年蒸腾蒸发量大约是1815．9亿m3，超出年度总降雨量63．2亿m3。在过去的30年中，由于蒸腾蒸发所引起的水分损失主要是通过超采地下水实现的，造成了海河流域大面

4、积的地下水位连续下降和严重的生态环境问题。流入渤海的水量已经很少，严重地影响了渤海和陆地的生态环境。只有减少综合的蒸腾蒸发(ET)，尤其是区域范围的无效ET，才能逐渐解决海河流域的水资源短缺问题。水管理人员应当对海河流域的不同土地利用和作物生长季节的蒸腾蒸发(ET)的时间序列和空间分布有一个明确的量化概念。尽管过去已经利用传统观测方法，通过农业或水文站点获得了长时间序列的蒸发数据。然而，只有通过卫星遥感技术才能对区域的蒸腾蒸发(ET)有更全面的了解。在最近的几十年中，利用Landsat、NO从AVttRR和EoSMODIS

5、数据，结合基本的地面气象数据和土地利用数据，已经开发了一些相应的模型。在这些模型中，SEBAL(陆地表面能量平衡算法)有相对坚实的物理基础。从1992年开始，SEBAL模型已经在欧洲、亚洲和北美通过田间实验的方法进行了多次的验证和改进，并达到了可以业务应用的阶段。由全球环境基金资助的GEF海河项目是一个在流域范围进行水资源与水环境综合管理的项目，在项目中引进了最新版的SEBAL模型作为一项主要的工具，获取流域范围的ET值，通过水资源管理，采取各种有效措施，达到节水和高效用水的目的。2、SEBAL模型的原理SEBAL模型最早

6、是由荷兰WaterWatch公司的W．G．乩Bastinnassen开发的基于遥感的532陆面能量平衡模型。SEBAL(SurfaceEnergyBalanceAlgorithmforLand)方法，是基于陆面能量平衡方程，在仔细计算(Rn—G)分布的基础上，采用循环递归方法计算感热通量H的分布，进而用余项法求得流域的ET分布以及生物量等参数，如下图所示：厂、厂、地面反照率净辐射植被指数土壤热通量感热通量地表温度潜热通量L／＼／图I计算区域蒸发蒸腾量ET的SEBAL方法SEBAL模型是利用卫星遥感的多光谱辐射数据，结合普通

7、气象数据，求解陆地表面的能量平衡各分量(Bastiaansseneta1．，1998a，1998b，2002)。瞬间的蒸腾蒸发则可作为地表能量平衡的余项求得。每天的ET、蒸发比和表面阻抗也可以计算得到。每一个像元的辐射平衡，取决于地表温度、反照率和假设的大气透射率和发射率。土壤热通量G可以作为净辐射Rn的一个比值及与植被指数(NDVI)相关的一个函数求得。显热通量H可以通过地气温差和空气动力学阻抗的比值求得。近地表面的空气动力学阻抗可以通过专项测或由估算卫星过境时刻的风速求得，所需表面粗糙度由植被指数DNVI的一个经验公式

8、求得或者通过土地利用数据和植被高度得到。为了估算显热通量H，需要求出空气温度(Ta)和地表空气动力学温度(Ts)之间的差值。根据Wangeta1．(1995)，每个像元(Ts—Ta)的差值是地表辐射温度To的线性函数。SEBAL模型的创新点是利用两个“锚点”来确定能量平衡的边界条件。这两个点是位于研究区