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基于SEBS模型的地表蒸散发估算研究

2020-12-02阅读(872)

基于SEBS模型的地表蒸散发估算研究

论文摘要

蒸散发（Evapotranspiration,ET）包括土壤蒸发和植被蒸腾,是地表水热传输和水循环重要组成部分。蒸散发的精确估算,为区域水资源优化配置和农田灌溉等研究提供良好的理论基础。由于我国幅员辽阔、地形地貌条件复杂和蒸散发监测仪器设备昂贵等因素,传统观测手段难以对大范围区域蒸散发进行监测。遥感数据的宏观性和动态性对于获取大范围蒸散发,提供了经济允许、技术可行的方案。本文以济南-泰安市为研究区,结合该地区的Landsat 5遥感数据和微气象数据,首先应用反距离权重法对气温进行空间插值,并作为单窗算法重要输入参数之一估算地表温度,以此提高单窗算法的反演精度。其次结合地表温度和SEBS（Surface Energy Balance System,简称SEBS）模型,得到地表蒸散发量的空间分布反演结果,最后以恒定蒸发比（evaporative fraction,EF）法进行蒸散发的日尺度扩展获取日蒸散发。为评估SEBS模型在该地区的应用效果,研究利用禹城站通量观测数据对估算的蒸散发结果进行验证。结果表明,遥感反演的误差在6.6%35%之间;对蒸散发反演结果进行时空特征分析发现,受研究区东西部气温等环境因素影响,西部蒸散发略高于东部,中部受泰山影响形成局部蒸散区,蒸散发量区别于周边地区;在人类活动干预下,不透水层（城镇建设用地）取代了自然下垫面,改变了地表能量交换特征,下垫面显热明显,形成了独特的城市热岛效应。基于遥感反演蒸散发的时空分布,利用禹城站微气象数据和通量数据,进一步分析蒸散发变化规律和影响因子间的响应关系。蒸散发受农作物生长规律和灌溉的影响,变化规律显著。12月至1月蒸散发下降（冬小麦播种期）;1月至3月,蒸散发缓慢回升（越冬至返青）;3月至5月,蒸散发上升趋势加快（拔节期至开花期）;6月,蒸散发大幅下跌（冬小麦收获,夏玉米播种）;7月至9月,蒸散发变化平稳（抽雄吐丝至灌浆成熟）;10月,蒸散发下降（夏玉米收获）。不同季节下蒸散发及其影响因子的相关性具有差异性。各影响因子与蒸散发的相关性排序,春、秋季均为:气温>水汽密度>水平风速>CO2>垂直风速;夏季为水汽密度>气温>CO2浓度>垂直风速>水平风速;冬季为气温>水汽密度>水平风速>CO2浓度>垂直风速。基于偏相关性得到蒸散发及其影响因子的拟合方程,春季蒸散发主要影响因子为气温和垂直风速,秋、冬季节主要影响因子为气温。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  •   1.1 研究背景与意义
  •   1.2 国内外研究进展
  •     1.2.1 蒸散发的研究
  •     1.2.2 蒸散发反演的研究
  •     1.2.3 蒸散发影响因子的研究
  •   1.3 研究内容和技术路线
  •     1.3.1 研究内容
  •     1.3.2 研究技术路线
  • 2 研究区概况及数据
  •   2.1 研究区概况
  •     2.1.1 自然地理
  •     2.1.2 社会经济
  •   2.2 数据来源
  •     2.2.1 遥感数据来源
  •     2.2.2 微气象数据来源
  •     2.2.3 通量数据来源
  •   2.3 遥感数据预处理
  •     2.3.1 拼接和裁剪
  •     2.3.2 辐射定标
  •     2.3.3 大气校正
  • 3 基于单窗算法的地表温度估算及分析
  •   3.1 单窗算法
  •   3.2 地表比辐射率
  •     3.2.1 归一化植被指数
  •     3.2.2 植被覆盖度
  •   3.3 大气平均温度
  •     3.3.1 基于空间插值的近地面气温计算
  •     3.3.2 大气平均温度计算
  •   3.4 像元亮度温度
  •   3.5 大气透射率
  •   3.6 地表反演结果分析
  •   3.7 本章小结
  • 4 基于SEBS模型的蒸散发遥感估算
  •   4.1 SEBS模型的原理
  •   4.2 地表净辐射
  •     4.2.1 地表反照率
  •     4.2.2 地表净辐射
  •   4.3 土壤热通量
  •   4.4 显热通量
  •   4.5 潜热通量
  •   4.6 基于恒定EF法的日蒸散发计算
  •   4.7 本章小结
  • 5 蒸散发反演结果的验证与分析
  •   5.1 潜热、显热估算结果的验证与分析
  •     5.1.1 显热结果的验证
  •     5.1.2 潜热结果的验证
  •     5.1.3 遥感数据反演验证结果分析
  •   5.2 地表蒸散发时空分布格局分析
  •   5.3 蒸散发与土地利用的关系
  •   5.4 本章小结
  • 6 月蒸散发的分布特征及其影响因子
  •   6.1 月蒸散发变化趋势分析
  •   6.2 蒸散发及影响因子相关性
  •   6.3 蒸散发及其影响因子的线性拟合
  •   6.4 本章小结
  • 7 结论与展望
  •   7.1 结论
  •   7.2 展望
  • 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文
  • 致谢
  • 参考文献

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 李庆敏

    导师: 王文川

    关键词: 蒸散发,模型,空间插值

    来源: 华北水利水电大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 气象学

    单位: 华北水利水电大学

    分类号: P426.2

    总页数: 71

    文件大小: 4369K

    下载量: 181

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