基于遥感模型的华北平原农田区蒸散发量估算

《基于遥感模型的华北平原农田区蒸散发量估算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、灌溉排水学报２０１４年８月第３３卷第４／５期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１４）０４／０５－００２１－０５＊基于遥感模型的华北平原农田区蒸散发量估算陈鹤１，杨大文２，刘钰１，张宝忠１，王蕾１（１．中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京１０００３８；２．清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京１０００８４）摘要：以位于华北平原的位山灌区为典型，构建基于卫星遥感数据的蒸散发模型，模拟卫星过境瞬时的潜热通量，并在象元尺度利用涡度相关系统

2、的观测数据对模型进行验证。对瞬时潜热通量进行时间尺度扩展，计算日蒸散发量并验证，将验证后的遥感蒸散发模型应用于华北平原位山灌区进行长系列连续模拟。结果表明，采用遥感蒸散发模型能够准确获取地表蒸散发时空分布信息。关键词：遥感；蒸散发；华北平原；农田中图分类号：Ｐ３３３．１；Ｓ１２７文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１４．０４／０５．００５陈鹤，杨大文，刘钰，等．基于遥感模型的华北平原农田区蒸散发量估算［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１４，３３（４／５）：２１－２５．３）占全国总用水量的６０％以上。蒸散发（ＥＴ）是农

3、田耗水的最主要我国农业用水总量（约为４０００亿ｍ［１］组成部分，７０％以上的农田用水量通过蒸散发的形式耗散。华北平原是我国最大的粮食生产区，全国超过［２］１／２的小麦和超过１／３的玉米由该地区产出。另一方面，华北平原水资源总量十分有限，仅占全国水资源［３］量的３％，区内人均水资源量只有全国平均值的１／４。因此，准确掌握农田蒸散发量对于指导农业水管理、提高灌溉效率和合理利用水资源具有重要意义。卫星遥感产品可以提供空间连续的地表参数，是模拟大范［４］围地表蒸散发的有效途径。近年来，大量机理性遥感蒸散发模型不断涌现，例如ＳＥＢＳ模型、ＳＥＢＡＬ模

4、［５］［６］型、ＭＥＴＲＩＣ模型等，采用遥感数据反演获取地表蒸散发时空分布已成为农田区作物耗水研究的热点。然而，受限于地面验证值的匮乏，目前对于遥感蒸散发模型的验证和应用还不够，尤其在中国北方农田区。为此，以华北平原典型农田———山东位山灌区为研究对象，基于遥感模拟研究区域地表蒸散发，通过模型验证、尺度扩展，最终实现区域尺度地表蒸散发时空分布的连续模拟。１材料与方法１．１区域概况山东位山灌区（３６°８′—３７°１′Ｎ，１１５°２５′—１１６°３１′Ｅ）位于黄河下游华北平原中部，是中国第五大灌区，灌溉面积约为３６００ｋｍ２。灌区属于温带季风性

5、半湿润气候区，年平均气温为１３．３℃，多年平均潜在蒸发量为１０２１ｍｍ，多年平均降水量为５３２ｍｍ。灌区内超过８０％的土地利用类型为农田，其次是城镇，所占比例约１５％左右。灌区内的主要作物类型为冬小麦、夏玉米，实行轮作制，每年１０月初播种冬小麦，次年３月返青，６月中旬收割，３－５月为冬小麦主要生长期，６月下旬到１０月上旬为玉米生长期。由于灌区内约２／３的降水量集中在玉米生长期内，因此，在小麦生长期内从黄河引水灌溉，年灌溉量约为１９６ｍｍ。灌区中代表性农田内设有试验观测站（３６°３８′５５．５″Ｎ，１１６°３′１５．３″Ｅ），通过一套涡度相关

6、系统连续、定量观测显热和潜热通量用来验证遥感模型。涡度相关系统采样频率为１０Ｈｚ，每３０ｍｉｎ输出１次时段平均值，安装高度距地面＊收稿日期：２０１４－０３－１１基金项目：“十二五”农村领域国家科技计划课题（２０１２ＢＡＤ０８Ｂ０１）；国家自然科学基金项目（５１３７９２１７）；中国水利水电科学研究院“十二五”重点科研项目（节集１２０５）作者简介：陈鹤（１９８６－），女，辽宁大连人。工程师，博士，主要从事遥感蒸散发在农田水资源管理方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｈｅ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ２１３．７ｍ。涡度相关系统数据经过尖点剔除、坐标旋转校正、Ｗ

7、ＰＬ校正等后期处理，并与大孔径激光闪烁仪观测的显热通量观测值进行对比验证，结果表明涡度相关系统的观测精度较高。此外，收集灌区内及周边１９个气象站的数据，观测项目包括日降水量、日内最高气温、日内最低气温、日平均气温、日平均相对湿度、日平均风速及日照时数等，用来作为模型输入数据。１．２遥感蒸散发模型［４］ＳＥＢＳ（ＳｕｒｆａｃｅＥｎｅｒｇｙＢａｌａｎｃｅＳｙｓｔｅｍ）模型是Ｓｕ在２００２年提出的基于能量平衡原理的单层模型。ＳＥＢＳ模型包含４个模块：①基于遥感空间反照率和辐射率的地表物理参数反演；②热量粗糙长度的计算；③显热通量的计算；④潜热通量

8、的计算。与其他基于能量平衡原理的单层模型相比，ＳＥＢＳ模型的优点在于每一个网格都独立计算，因此即使在某天某些网格因为阴雨或云等影响缺乏遥感数据，也并不影响其他网格［７］的计算结果