一种湿润地区日蒸散量的估算方法技术

一种湿润地区日蒸散量的估算方法，解决了现有SEBAL模型估算湿润地区日蒸散量的精度不高的问题，属于农业气候区划及水资源利用领域。本发明专利技术包括：估算陆面物理参数，陆面物理参数中的大气单向透射率为直接辐射中的纯净指数与散射辐射中的大气响应指数的和；根据能量平衡和陆面物理参数求解陆面的净辐射量及土壤热通量，利用近地层大气温湿度观测值来估算大气下行长波辐射；采用莫宁奥布霍夫长度定律进行递归运算，取得稳定的感热通量值；利用得到的净辐射量、土壤热通量及感热通量，根据陆面能量平衡SEBAL模型得到卫星过境时刻每个像元的潜热通量，及瞬时的潜热通量，通过日蒸发比，求解待估算湿润地区的日蒸散量。

A method for estimating daily evapotranspiration in humid areas

【技术实现步骤摘要】
一种湿润地区日蒸散量的估算方法
本专利技术属于农业气候区划及水资源利用领域，具体涉及一种湿润地区日蒸散量的估算方法。
技术介绍
蒸散发是水循环的重要组成部分，直接关系到地表的能量平衡和水量平衡。蒸散研究在灌溉农业中显得尤为重要，对蒸散量的精确估算可以达到最优利用水资源的目的。因此，了解地表蒸散量的时空变化规律，确定地表蒸发和植物蒸腾各自所占的比例，在精细农业、节水农业、生态环境监测、气象研究的领域尤为重要。因此，准确测定、估算或者模拟区域蒸散发的时空变化对于评价区域水循环和水量平衡的功能、揭示其影响机理、提高农业灌溉效率、预报作物生长潜势、制定农业气候区划及科学利用水资源都具有十分重要的意义。对于蒸散发来说，常规的实地观测很大程度上受人力、物力、气候等因素限制。遥感技术具有速度快、周期短等优势，能够弥补人工监测费时费力的缺陷，而且能够对研究区进行全面监测。目前大部分遥感蒸散模型都是基于干旱条件下陆面过程发展起来的，当用于湿润地区蒸散量反演时，因湿润地区的地表，尤其是水面或湿地相对于一般陆面所具有的不同特性(低地表反照率、低粗糙度和高地表发射率等)，使模型中基于陆面发展起来的一些物理过程的描述并不适用于湿润地区。Bastiaanssen等提出陆面能量平衡模型(SurfaceEnergyBalanceAlgorithmforLand,SEBAL)估计能量平衡方程各分量。该模型应用于晴朗天气条件下具有“极干”和“极湿”表面的研究区，利用遥感可见光、近红外和热红外数据，反演地表反照率、NDVI、地表发射率、地表温度等参数，结合较少气象参数，如大气温度、风速和大气透过率及植被高度等下垫面信息，不需要进行数值计算，就可以得到不同土地覆被类型的净辐射通量、土壤热通量和感热通量，用剩余法得到潜热通量(蒸散发)，利用日蒸发比值，进而可得到日蒸发量。该模型为众多研究案例证明是有效和实用的。但是SEBAL模型的估算精度还有待提高。
技术实现思路
针对现有SEBAL模型估算湿润地区日蒸散量的精度不高的问题，本专利技术提供一种提高估算精度的湿润地区日蒸散量的估算方法。本专利技术的一种湿润地区日蒸散量的估算方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：根据待估算湿润地区的DEM数据、遥感影像和实测气象数据，估算陆面物理参数，所述陆面物理参数包括大气单向透射率，所述大气单向透射率为直接辐射中的纯净指数与散射辐射中的大气响应指数的和；步骤二：根据能量平衡和步骤一中的陆面物理参数求解陆面的净辐射量及土壤热通量；步骤三：采用莫宁—奥布霍夫长度定律进行递归运算，通过多次迭代修正空气动力学阻抗，直到取得稳定的感热通量值；步骤四：利用得到的净辐射量、土壤热通量及感热通量，根据陆面能量平衡SEBAL模型得到卫星过境时刻每个像元的潜热通量，及瞬时的潜热通量，通过日蒸发比，进行时间尺度扩展，求解待估算湿润地区的日蒸散量。作为优选，所述步骤二的净辐射量中的大气下行长波辐射量，所述大气下行长波辐射量是利用近地层大气温湿度观测值来估算的。作为优选，所述步骤二中的大气下行长波辐射量表示为大气发射率与大气温度的函数。作为优选，所述步骤一中，直接辐射中的纯净指数通过浊度系数、大气压、太阳高度角及大气水汽含量的函数获得；散射辐射中的大气响应指数根据直接辐射中的纯净指数获得。作为优选，所述步骤三为：通过选择遥感图像上像元的“极冷点”和“极热点”求解线性回归系数初始值，结合该初始值求解初始感热通量，利用初始感热通量计算莫宁—奥布霍夫长度L，修正空气动力学阻抗，执行循环步骤：根据修正后的空气动力学阻抗，确定新的线性回归系数，并计算感热通量及修正空气动力学阻抗，重复循环步骤，迭代至“极冷点”和“极热点”的空气动力学阻抗及线性回归系数均收敛为止，并取得稳定的感热通量值。本专利技术结合湿润地区特点，补充改善了原SEBAL模型。针对湿润地区空气中湿度较大的特点，利用考虑了大气水汽对短波辐射吸收作用的计算方法，来计算湿润地区的大气单向透射率。利用近地层大气温湿度观测值来估算大气长波下行辐射的模型来估算湿润地区的大气下行长波辐射。通过对SEBAL模型中关键参量估算精度的改进来提高日蒸散量的估算精度。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术的莫宁—奥布霍夫长度定律进行递归运算的流程图。具体实施方式SEBAL模型建立在地表能量平衡的基础上，SEBAL模型的能量平衡方程为净辐射量等于土壤热通量、感热通量和潜热通量之和，本实施方式针对净辐射量和感热通量的估算方式作出改进。结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种湿润地区日蒸散量的估算方法，包括：步骤一：根据SEBAL模型以及三江平原研究的需要，进行了数据的收集和处理。收集的相关资料和数据主要包括：遥感数据、DEM数据、地面数据(包括测量、观测或实验数据)、背景数据和历史资料。主要对LandsatTM遥感数据和MODIS产品、气象数据、土地利用/土地覆盖1km栅格数据进行了格式统一的标准化处理，对遥感影像数据(LandsatTM遥感数据和MODIS产品)进行相应的大气校正和几何校正，估算陆面物理参数，如地表反射率、地表发射率、地表温度、植被覆盖度、植被指数、大气单向透射率、大气发射率、地表粗糙度等。对于MODIS产品来说，来自于遥感数据的主要有地表温度、植被指数、地表反照率、地表比辐射率等地表参数，这些参数可以从NASA的MODIS标准产品网站直接获得或派生计算得到。其中，大气单向透射率是影响下行到达地表的太阳短波辐射的一个重要参量，其计算的精度直接影响着太阳辐射在大气传输过程中的衰减量的计算，也间接影响到日蒸散量遥感反演的结果。传统SEBAL模型中，大气单向透射率可以表达为高程的函数，方法比较适合干旱地区和空气浑浊度较小的区域，并不适合空气湿度较大的三江平原，因此对SEBAL模型的大气单向透射率计算模块进行改进。充分考虑了大气水汽对短波辐射吸收作用，大气单向透射率可以表达为直接辐射中的纯净指数与散射辐射中的大气响应指数相加，其中，直接辐射中的纯净指数通过浊度系数、大气压、太阳高度角及大气水汽含量的函数得到；散射辐射中的大气响应指数通过直接辐射中的纯净指数结果代入相应范围区间的函数计算得到。步骤二：根据能量平衡及步骤一中获得的各参数求解陆面的净辐射量及土壤热通量。其中计算净辐射量所需的有效长波辐射和短波辐射可以利用插值后的气象参数来进行，而大气下行长波辐射的计算则需要步骤一中估算的大气单向透射率，由于大气单向透射率本身也是通过估算得到的，所以大气单向透射率的估算误差也将带来大气有效发射率的精度下降，进而影响大气下行长波辐射的计算，因此需要对大气下行长波辐射的计算进行改进。利用近地层大气温湿度观测值来估算大气下行长波辐射的模型，大气下行长波辐射可表示为大气发射率与大气温度的函数。其中，大气发射率可表示为水汽压与大气温度的函数，根据函数关系可知大气发射率取决于大气温度和湿度。水汽含量越多，大气的发射率越强，大气温度越本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿润地区日蒸散量的估算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n步骤一：根据待估算湿润地区的DEM数据、遥感影像和实测气象数据，估算陆面物理参数，所述陆面物理参数包括大气单向透射率，所述大气单向透射率为直接辐射中的纯净指数与散射辐射中的大气响应指数的和；/n步骤二：根据能量平衡和步骤一中的陆面物理参数求解陆面的净辐射量及土壤热通量；/n步骤三：采用莫宁—奥布霍夫长度定律进行递归运算，通过多次迭代修正空气动力学阻抗，直到取得稳定的感热通量值；/n步骤四：利用得到的净辐射量、土壤热通量及感热通量，根据陆面能量平衡SEBAL模型得到卫星过境时刻每个像元的潜热通量，及瞬时的潜热通量，通过日蒸发比，进行时间尺度扩展，求解待估算湿润地区的日蒸散量。/n

【技术特征摘要】
1.一种湿润地区日蒸散量的估算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：根据待估算湿润地区的DEM数据、遥感影像和实测气象数据，估算陆面物理参数，所述陆面物理参数包括大气单向透射率，所述大气单向透射率为直接辐射中的纯净指数与散射辐射中的大气响应指数的和；
步骤二：根据能量平衡和步骤一中的陆面物理参数求解陆面的净辐射量及土壤热通量；
步骤三：采用莫宁—奥布霍夫长度定律进行递归运算，通过多次迭代修正空气动力学阻抗，直到取得稳定的感热通量值；
步骤四：利用得到的净辐射量、土壤热通量及感热通量，根据陆面能量平衡SEBAL模型得到卫星过境时刻每个像元的潜热通量，及瞬时的潜热通量，通过日蒸发比，进行时间尺度扩展，求解待估算湿润地区的日蒸散量。


2.根据权利要求1所述的湿润地区日蒸散量的估算方法，其特征在于，所述步骤二的净辐射量中的大气下行长波辐射量，所述大气下行长波辐射量是利用近地层大气温湿度观测值来估算的。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜嘉，宋开山，王宗明，刘欣婷，
申请(专利权)人：中国科学院东北地理与农业生态研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22