土壤水及蒸散组分协测方法、装置、电子设备和介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及土壤水及地表蒸散组分遥感测量技术领域，特别是涉及一种土壤水及其组分与地表蒸散及其组分协测方法、系统、电子设备和介质。所述方法包括：利用获取的遥感影像和气象资料计算地表蒸散比及地表蒸散，建立地表蒸散组分与土壤水组分之间联系的数学方程，求解数学方程以协测土壤水组分及地表蒸散组分。本发明专利技术提出了一种土壤水及其组分与地表蒸散及其组分遥感协同反演的建模模式，借助土壤水与地表蒸散及其组分之间的关联模式，能够简便地实现在细、粗空间分辨率下土壤水及其组分与地表蒸散及其组分的联合测量，避免了因干湿点选取不当所导致的蒸散组分分解误差，提升了土壤水遥感产品的空间分辨率，填补了当前土壤水组分遥感产品空白。分遥感产品空白。分遥感产品空白。

【技术实现步骤摘要】
土壤水及蒸散组分协测方法、装置、电子设备和介质


[0001]本专利技术涉及土壤水及蒸散组分遥感测量
，特别是涉及一种土壤水及蒸散组分协测方法、系统、电子设备和介质。

技术介绍

[0002]土壤水是陆地水循环的重要组成部分，是影响区域乃至全球能量平衡的重要参量，是陆地生态系统赖以生存的物质基础，是描述地气之间水分交换的重要变量，准确及时估算土壤水含量对于农业生产、农田墒情及干旱监测等具有重要意义。地表蒸散是链接水量平衡与能量平衡的纽带，是土壤水返回大气的唯一物理途径，是理解陆气之间能量和水分交换的突破口，对于区域乃至国家水资源管理、消耗非常关键，监测区域尺度地表蒸散将为农业、气象和生态等领域研究提供数据支持，而飞速发展的遥感技术为区域乃至全球土壤水及地表蒸散的高精度测量提供了可能。
[0003]当前，土壤水的遥感测量手段包括光学遥感、主被动微波及多传感器联合等。地表蒸散的遥感监测模型可分为经验模型、彭曼
‑
蒙特斯模型、普利斯特
‑
泰勒、能量平衡法及特征空间法等。这些遥感方法虽然广泛用于土壤水及地表蒸散的大范围监测，但是，对于土壤水遥感监测方法而言，其适用性有待提高，尚无法应对任意植被覆盖的情形，遥感信号与土壤水的关系随土壤含水量、环境条件等的变化而改变，陆地表层的时空异质性也降低了监测方法的性能；对于地表蒸散遥感监测方法而言，对于地表供水充足或者下垫面较为均一等理想情况下地表蒸散的估算较为成熟，当下垫面土壤水亏缺或者下垫面异质性较强时，地表蒸散的估算精度仍不理想，更为困难的是，想要获取异质下垫面地表蒸散的组分需要确定干湿点，而目前干湿点的准确选取存在很大分歧，限制了地表蒸散的遥感获取。最为重要的是，土壤水与地表蒸散遥感监测方法是独立发展的，彼此无关，这忽视了土壤水与地表蒸散之间的紧密联系，造成了土壤水与地表蒸散遥感监测结果的脱钩，给土壤水及地表蒸散遥感监测产品的系统应用造成了困难，此外，土壤水遥感监测产品通常空间分辨率较低，不足以在田间尺度上推广应用。
[0004]为此，提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种土壤水及蒸散组分协测方法、系统、电子设备和介质，以期克服或者部分克服上述方法存在的技术问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种土壤水及蒸散组分协测方法，包括如下步骤：
[0008]S1：利用获取的遥感影像和气象资料计算地表蒸散比及地表蒸散；
[0009]S2：建立S1蒸散组分与土壤水组分之间联系的数学方程；
[0010]S3：求解S2数学方程以协测土壤水组分及蒸散组分。
[0011]在一个实施例中，所述S1：利用获取的遥感影像和气象资料计算地表蒸散比及地
表蒸散，包括如下步骤：
[0012]S11：利用获取的遥感影像和气象资料计算地表蒸散比，具体为：
[0013][0014][0015][0016][0017]式中，T
a
表示空气温度，e
a
表示T
a
时空气的饱和水汽压，e
r
表示T
a
时空气的实际水汽压，G
m
表示植被处于潜在蒸发时的冠层阻抗，G
a
表示植被冠层的空气动力学阻抗，LAI表示植被的叶面积指数，R
n
表示净辐射通量，C表示空气体积热容，T
V
表示植被全覆盖时冠层温度；
[0018]S12：依据S11地表蒸散比求取地表蒸散，具体为：
[0019]ET＝β[R
n
‑
(1
‑
f
v
)G
s
][0020]式中，ET表示地表蒸散，f
v
表示植被覆盖度，G
s
表示土壤热通量。
[0021]在一个实施例中，所述S2：建立S1蒸散组分与土壤水组分之间联系的数学方程，包括如下步骤：
[0022]S21：将地表蒸散表示为植被覆盖度加权蒸散组分之和，具体为：
[0023]ET＝(1
‑
f
v
)E+f
v
T
[0024]式中，E表示ET中蒸散组分土壤蒸发，T表示ET中蒸散组分植被蒸腾；
[0025]S22：将土壤水表示为植被覆盖度加权裸土水分与根区水分之和，具体为：
[0026]θ(x,y)＝θ
S
(x,y)(1
‑
f
V
(x,y))+θ
V
(x,y)f
V
(x,y)
[0027][0028][0029]式中，θ表示土壤水遥感观测产品，(x，y)表示θ中像元位置，θ
S
(x，y)表示(x，y)处土壤组分裸土的水分，θ
V
(x，y)表示(x，y)处土壤组分植被根区的水分，f
V
表示与θ空间分辨率相等的植被覆盖度，f
V
(x，y)表示(x，y)处的植被覆盖度，I和J分别表示θ中单个像元所覆盖ET像元的行数和列数，(i，j)表示(x，y)所覆盖空间范围内ET中像元位置，f
v
表示与ET空间分辨率相等的植被覆盖度，f
v
(i，j)表示(i，j)处的植被覆盖度，Θ
s
(i，j)表示(i，j)处的裸土水分，Θ
v
(i，j)表示(i，j)处的根区水分；
[0030]S23：建立S21蒸散组分与S22土壤水组分之间的数学方程，具体为：
[0031][0032][0033]式中，ET(x，y)表示(x，y)所覆盖空间范围内ET中像元地表蒸散的均值，E(i，j)表示(i，j)处的土壤蒸发，T(i，j)表示(i，j)处的植被蒸腾，ET(i，j)表示(i，j)处的地表蒸散；
[0034]上式是在土壤水分及地表蒸散可以表示为各自组分依地表植被覆盖线性加权之和假设基础上的土壤水分组分与地表蒸散组分之间严格的物理联系方程，该式将细空间分辨率下土壤水组分裸土水分与根区水分及细空间分辨率下地表蒸散组分裸土蒸发与植被蒸腾通过求和平均在粗空间分辨率下关联起来，既能表达细空间分辨率下局部地表土壤水分及其组分与地表蒸散及其组分之间的关联模式，又能表达粗空间分辨率下异质地表土壤水分及其组分与地表蒸散及其组分之间的关联模式；
[0035]S24：化简S23地表蒸散组分与土壤水组分之间的数学方程，具体为：
[0036][0037]上式是在裸土水分是裸土蒸发的单一水源及根区水分是植被蒸腾单一水源的假设下对S23地表蒸散组分与土壤水分组分之间数学方程的简化结果，简化了根区土壤水分对裸土蒸发的影响，也简化了裸土水分对植被蒸腾的影响，在陆地表层的土壤水分大部分非饱和状态下，做出无降雨时裸土水分是裸土蒸发的单一水源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土壤水及蒸散组分协测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：利用获取的遥感影像和气象资料计算地表蒸散比及地表蒸散；S2：建立S1蒸散组分与土壤水组分之间联系的数学方程；S3：求解S2数学方程以协测土壤水组分及蒸散组分。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1，包括如下步骤：S11：利用获取的遥感影像和气象资料计算地表蒸散比，具体为：S11：利用获取的遥感影像和气象资料计算地表蒸散比，具体为：S11：利用获取的遥感影像和气象资料计算地表蒸散比，具体为：S11：利用获取的遥感影像和气象资料计算地表蒸散比，具体为：式中，T
a
表示空气温度，e
a
表示T
a
时空气的饱和水汽压，e
r
表示T
a
时空气的实际水汽压，G
m
表示植被处于潜在蒸发时的冠层阻抗，G
a
表示植被冠层的空气动力学阻抗，LAI表示植被的叶面积指数，R
n
表示净辐射通量，C表示空气体积热容，T
V
表示植被全覆盖时冠层温度；S12：依据S11地表蒸散比求取地表蒸散，具体为：ET＝β[R
n
‑
(1
‑
f
v
)G
s
]式中，ET表示地表蒸散，f
v
表示植被覆盖度，G
s
表示土壤热通量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2，包括如下步骤：S21：将地表蒸散表示为植被覆盖度加权蒸散组分之和，具体为：ET＝(1
‑
f
v
)E+f
v
T式中，E表示ET中蒸散组分土壤蒸发，T表示ET中蒸散组分植被蒸腾；S22：将土壤水表示为植被覆盖度加权裸土水分与根区水分之和，具体为：θ(x,y)＝θ
S
(x,y)(1
‑
f
V
(x,y))+θ
V
(x,y)f
V
(x,y)(x,y)式中，θ表示土壤水遥感观测产品，(x，y)表示θ中像元位置，θ
S
(x，y)表示(x，y)处土壤组分裸土的水分，θ
V
(x，y)表示(x，y)处土壤组分植被根区的水分，f
V
表示与θ空间分辨率相等的植被覆盖度，f
V
(x，y)表示(x，y)处的植被覆盖度，I和J分别表示θ中单个像元所覆盖ET像元的行数和列数，(i，j)表示(x，y)所覆盖空间范围内ET中像元位置，f
v
表示与ET空间分辨率相等的植被覆盖度，f
v
(i，j)表示(i，j)处的植被覆盖度，Θ
s
(i，j)表示(i，j)处的裸土水分，Θ
v
(i，j)表示(i，j)处的根区水分；S23：建立S21蒸散组分与S22土壤水组分之间的数学方程，具体为：
式中，ET(x，y)表示(x，y)所覆盖空间范围内ET中像元地表蒸散的均值，E(i，j)表示(i，j)处的土壤蒸发，T(i，j)表示(i，j)处的植被蒸腾，ET(i，j)表示(i，j)处的地表蒸散；上式是在土壤水分及地表蒸散可以表示为各自组分依地表植被覆盖线性加权之和假设基础上的土壤水分组分与地表蒸散组分之间严格的物理联系方程，该式将细空间分辨率下土壤水组分裸土水分与根区水分及细空间分辨率下地表蒸散组分裸土蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：