蒸散量的遥感模拟及其与土地利用覆盖关系研究

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1、蒸散量的遥感模拟及其与土地利用/覆盖关系研究－以内蒙古温带典型草原为例指导老师：李晓兵教授研究生：余弘婧专业：地图学与地理信息系统方向：资源环境遥感论文提要1.绪论2.研究区概况3.数据采集与预处理4.基于SEBAL模型的蒸散量计算及其空间差异分析5.蒸散量与土地利用/覆盖关系研究6.结论与讨论1绪论1.1研究背景和意义土地利用/覆盖变化通过对下垫面性质，如地表反射率、粗糙度、植被叶面积等的改变，导致温度、湿度、风和降水等发生变化。陆面蒸散作为反应土地利用/覆盖变化所引起地表水热变化的敏感因子，在陆地生态系统变化对气候反馈影响研究中有着重要的意义，也是当今全球变化研

2、究的焦点之一。1.2国内外研究进展1802年DaltonDalton蒸发定律综合考虑风、空气温度对蒸发影响1926年Bowen波文比－能量平衡算法从能量平衡出发，将感热通量与显热通量之比定义为波文比1939年ThornthwaiteHolzman空气动力学方法利用近地面边界层相似理论，假定边界层动量、热量和水汽传输系数相等1948年Thornthwaite“蒸散”概念提出土壤表面蒸发和植被蒸腾的总和1948年Penman彭曼公式从能量平衡和空气动力学理论出发建立综合公式1955年MonteithPenman-Menteith公式在Penman等人的工作基础上提出，引入

3、表面阻抗概念1965年Swinback涡度相关法依据地面层湍流理论，提出用涡度相关技术直接测量60‘s后通过模拟SPAC的相关单层多层模型以及更加确定性的机理模型SVAT近20年陆面过程模型，SiB、BATS等，综合考虑了土壤－植被－大气系统的相互作用，从系统中水热通量的传输机制出发来研究蒸散过程，具有牢固的物理基础1.2.1蒸散量计算的遥感模型统计（经验）及半统计模型以“简化法”为代表，它是一种通过反演遥感图像地表辐射温度来计算日累积蒸散量的方法。与传统计算方法相结合的模型将遥感反演的地表参数应用于传统的计算蒸散量模型中来估算区域蒸散量。基于地表能量平衡方程的模型数

4、值模型模拟能量通量过程的连续时间变化，并用遥感资料及时更新根据地球表面能量平衡方程先计算净辐射量、土壤热通量和感热通量，然后利用剩余法来计算潜热通量：式中：ρ是空气密度（kg/m3），Cp是空气定压比热（J/kg•℃），是空气动力学温度（℃），是在参考高度处的气温（℃），是空气动力学阻抗（s/m），可用风速廓线理论计算。存在的问题：用遥感方法并不能直接测得空气动力学温度。阻抗的确定也是一个难题。感热通量H一般是用下式计算：1.3论文研究内容和技术路线本文研究区：内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市模型：SEBAL（SurfaceEnergyBalanceAlgorithmfor

5、Land）数据源：2005年8月17日研究区的LandsatTM5影像选取地表反照率、植被盖度、叶面积指数以及地表温度这4个因子，对它们同地表蒸散的关系进行了研究。研究了土地利用/覆盖类型同陆面蒸散的关系。TM5数据野外观测数据气象数据土地利用分类SEBAL模型计算蒸散量蒸散量与土地利用类型蒸散量与植被盖度蒸散地表反照率与土地利用类型蒸散量与地表温度Ts-NDVI特征空间地表反射率植被指数地表比辐射率地表温度地表参数反演几何校正辐射校正大气校正预处理蒸散量与叶面积指数蒸散量与土地利用/覆盖关系技术路线2研究区域本文研究区位于锡林郭勒盟境内，约北纬43°02′－44°5

6、2′，东经115°13′－117°06′，覆盖整个锡林浩特市。市境南北长208km，东西长143km，总面积18，750km2。3数据采集与预处理数据类型时间分辨率特征来源LandsatTM5影像17/8/200530m×30m基本无云中科院遥感卫星地面站气象数据17/8/2005上午10点基本统计项锡盟气象局高空探空数据17/8/20051日基本统计项锡盟气象局地表温度同步观测数据17/8/20051日同步实测数据野外实测地表温度连续观测数据10分钟连续观测数据野外实测GPS数据7～8/2005定位信息、土地利用类型、植被盖度野外实测植被样方数据7～8/20051

7、m×1m(草)4m×4m（灌木）生物量、植被盖度、物种组成、土壤理化性质、土壤水分野外实测表3.1锡林浩特市主要基础数据源一览表4.基于SEBAL模型的蒸散量计算及其空间差异分析4.1SEBAL（SurfaceEnergyBalanceAlgorithmforLand）模型理论基础SEBAL模型建立在地表能量平衡方程上,有着清晰的物理概念。为地表净辐射通量，为蒸散量，为蒸发潜热，为土壤热通量，为感热通量。SEBAL模型是荷兰Water-Watch公司W.G.M.Bastiaanssen1998年提出的基于遥感的-区域蒸散量估算模型。SEBAL模型的