地表关键变量空间变异性及其对水热通量估算的影响研究

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1、摘要摘要地表非均匀性，包括景观格局异质性和地表变量变异性，会影响遥感地表蒸散的计算精度。然而，现阶段针对该问题的研究多是采用统计方法来纠正水热通量的估算误差，还缺乏从遥感模型的角度描述异质性的研究。借鉴气象领域的处理办法，使用概率密度函数（ProbabilityDensityFunctions,PDF）描述地表变量变异性的“统计-动力学”方法是建立非均匀下垫面遥感水热通量模型的一个较好突破点。论文系统性分析了非均匀性对遥感水热通量估算的影响，捋清了构建高效的基于PDF的遥感水热通量模型所需要解决的基本问题，即哪些参数的异质性需要在

2、建模过程中优先被考虑的问题。围绕基本问题，本文回顾了现有非均匀地表水热通量遥感研究以及非均匀性描述方法的研究进展，主要研究内容和结果如下：（1）使用模拟数据、机载数据与地表观测数据，比较了变异系数、基尼系数以及熵用于衡量地表变异性的特点，发现熵与PDF具有较好的一致性，它在描述地表变异性时要比变异系数和基尼系数更加稳定和有效。此外，熵的计算结果表明，反照率等变量的空间变异性表现出一定的日变化规律。（2）将熵与灰色关联理论结合，建立了地表变量变异性随时间变化情况的分析框架，发现与湍流通量空间变异性在时间上变化趋势最为相似的地表变量为

3、地表辐射温度和土壤湿度，它们的变异性是建立非均匀性下垫面遥感水热通量模型时需要优先考虑的。（3）拟合结果和主成份分析均表明，NDVI和反照率对地表温度变异性的贡献比重比其它地表变量高，应当优先选择这两个变量作为降尺度工作中地表温度的指示因子。（4）以地表温度为研究对象，采用温度降尺度技术（DisTrad和GWR法），分析了地表温度非均匀性对水热通量估算的影响。实测验证表明，直接使用MODISLST作为输入源的LE计算结果会存在较大的平均偏差，尤其是在地物边界地区和复杂地表，而降尺度会使误差大幅减小；两种降尺度方法差异较大的地方，多

4、发生在站点足迹区域内下垫面较为异质性的区域，其中GWR-LST更适用于下垫面类型比较复杂的区域。关键词：遥感，亚像元，水热通量，变异性，HiWATER试验，灰色关联1AbstractAbstractHeterogenetiy,includingtheinhomogeneityoflandscapesandsurfacevariables,significantlyaffectstheaccuracyofevapotranspiration(ET)(orlatentheatflux,LE)estimatedfromremotesen

5、singsatellitedata.However,mostofthecurrentresearchusesstatisticalmethodsinthemixedpixeltocorrecttheETorLEestimationerror,andthereislackofresearchfromtheperspectiveoftheremotesensingmodel.Themethodofusingfrequencydistributionsorgeneralizedprobabilitydensityfunctions(PD

6、Fs),whichiscalledthe“statistical-dynamical”approachtodescribetheheterogeneityoflandsurfacecharacteristics,isagoodwaytosolvetheproblem.Inthisstudy,wesystematicallyanalyzestheinfluenceofinhomogeneityontheestimationofETorLEfromremotesensingandeliminatesthebasicproblemsth

7、atneedtobesolvedwhenconstructinganefficientPDF-basedmodel.Thatis,whichsurfacevariables’heterogeneitymustbeconsideredwhenestablishinganETorLEestimationmodel.Toaddresstheseissues,thisstudyreviewstheresearchprogressontheestimationofETorLEoverheterogeneoussurfaceandthecur

8、rentspatialheterogeneitydescriptionmethods.Themainresearchcontentsandresultsareasfollows:(1)Basedontheanalysisofsimulatedand