基于衛(wèi)星遙感地表溫度與植被指數(shù)特征空間的陸面蒸散發(fā)估算

基于衛(wèi)星遙感地表溫度與植被指數(shù)特征空間的陸面蒸散發(fā)估算 1.遙感蒸散發(fā) 2.采用的模型 3.研究區(qū)域及采用的數(shù)據(jù)

4.具體的數(shù)據(jù)處理 5.結(jié)果驗(yàn)證 6.存在的問題綜述遙感蒸散發(fā)蒸散發(fā)既是地表水分循環(huán)的重要組成部分，同時也是地表能量平衡方程的主要項(xiàng)。遙感方法以其能夠獲知大范圍地表特征信息的優(yōu)勢，為較準(zhǔn)確估算地表蒸散發(fā)提供了可能，從而受到人們的日益重視采用的模型：本文采用的是SEBAL模型。SEBAL是基于陸面能量平衡方程的一種模型，是僅僅利用遙感影像的可見光、近紅外以及熱紅外波段以及少量的氣象數(shù)據(jù)，比如風(fēng)速、氣溫，來計算地表凈輻射量、土壤熱通量、感熱通量以及用于蒸散發(fā)計算的瞬時潛熱通量。Rn——地表凈輻射，為地表凈得短波和長波輻射之和H——下墊面到大氣的感熱通量G——下墊面地表的熱通量，即下墊面土壤中的熱交換，土壤熱通量LE——潛熱通量，即下墊面與大氣間水汽的熱交換S、PH分別為作物光合作用和生物量增加的能量，比重小，可以忽略研究區(qū)域及采用的數(shù)據(jù)研究區(qū)域安徽省蚌埠市五道溝試驗(yàn)站，地處東經(jīng)117°21′，北緯33°09′，是河海大學(xué)水資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，其氣象數(shù)據(jù)精度能達(dá)到10min的精度（如蒸發(fā)數(shù)據(jù)、氣溫數(shù)據(jù)等）采用的數(shù)據(jù)本文采用的數(shù)據(jù)是2013年2月11號發(fā)射的Landsat8數(shù)據(jù)，Landsat8攜帶了2個傳感器，包括OLI（陸地成像儀）和TIRS（熱紅外傳感器）OLI與ETM+對比OLIETM+序號波段(μm)空間分辨率

(m)序號波段(μm)空間分辨率

(m)10.433–0.4533020.450–0.5153010.450–0.5153030.525–0.6003020.525–0.6053040.630–0.6803030.630–0.6903050.845–0.8853040.775–0.9003061.560–1.6603051.550–1.7503072.100–2.3003072.090–2.3503080.500–0.6801580.520–0.9001591.360–1.39030藍(lán)色波段

(band1;0.433–0.453μm)主要應(yīng)用海岸帶觀測，短波紅外波段(band9;1.360–1.390μm)包括水汽強(qiáng)吸收特征可用于云檢測。具體的數(shù)據(jù)處理現(xiàn)有的地表溫度反演算法大致有以下四種：大氣校正法、單通道算法、劈窗算法和多波段算法。大氣校正法，需要大氣實(shí)時剖面數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取比較困難，而多波段算法適合于多個熱紅外波段的數(shù)據(jù)，所需參數(shù)多，運(yùn)算復(fù)雜，反演難度較大單通道算法適用于一個熱紅外波段，而劈窗算法適用于兩個熱紅外波段，因而本文采用單通道以及劈窗算法進(jìn)行溫度的演算。名稱\優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)不足Jiménez-Munoz和Sobrino單通道算法1．既考慮了地表比輻射率的影響,也考慮了大氣輻射的影響2．反演過程所需要的大氣參數(shù)僅為大氣水分含量1.模型的普適性沒有得到驗(yàn)證。2.模型的過程參數(shù)依賴過多經(jīng)驗(yàn)性公式。劈窗算法1．既考慮了地表比輻射率的影響,也考慮了大氣輻射的影響2．反演過程所需要的大氣參數(shù)比傳統(tǒng)的輻射傳導(dǎo)方程法要少得多,僅需要近地表氣溫和大氣水分含量這兩個參數(shù)1.模型的普適性沒有得到驗(yàn)證。2.模型的過程參數(shù)依賴過多經(jīng)驗(yàn)性公式。3.基于的假定條件較多。數(shù)據(jù)處理預(yù)處理：流程γ為緯度，可由MODIS一級產(chǎn)品數(shù)據(jù)MOD03獲得；s為坡度，r為坡向，均可由DEM得到；ψ和δ分別代表太陽赤緯和太陽時角相關(guān)能量值的計算δ為斯一玻常數(shù)其中G8，obs為0.08m處2塊土壤熱流板觀測值的平均值，△T，△t分別為TCAV平均熱電偶觀測得到的平均土壤溫度及其時間分辨率30min；△z為zr之上土壤厚度，為0.08m（可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整）TCAV平均土壤熱電阻法感熱通量H其中Z1和Z2分別代表近地表的兩個高度0.1米和2米，u*為摩阻速度ms-1。L>0和L<0分別代表的是大氣穩(wěn)定及不穩(wěn)定兩種狀況，g為重力加速度，9.8ms-2。

通過一個迭代計算過程對空氣動力學(xué)阻力ra進(jìn)行穩(wěn)定度修正，需要通過多次(5次以上)重復(fù)計算,得到穩(wěn)定的顯熱通量結(jié)果驗(yàn)證地表溫度日期日序地表溫度（K）劈窗算法（K）單通道算法（K）2013246304.54300.85304.442013278303.34302.87304.592014121300.82297.02297.40相比較而言，單通道算法的計算值與實(shí)際值比較接近，而單通道算法應(yīng)用的是波段10，原因是因?yàn)椴ǘ?1的噪聲比較大；因此應(yīng)用了2個波段的劈窗算法結(jié)果有些偏差。由于受到云層，以及Landsat8時間分辨率的影響。自2013年7月至2014年5月僅僅選擇出3期可用圖像。DOY246劈窗算法與單通道算法溫度對比空間分布圖

劈窗算法與單通道算法溫度對比空間分布圖DOY278

劈窗算法與單通道算法溫度對比空間分布圖DOY121輻射通量Rn日期過境時間日序RN計算RN實(shí)測絕對誤差均方根誤差2013090310:45:00246576.832549.27927.553759.1682013100510:45:00278533.893555.02621.133446.6042014050110:45:00121651.696601.00550.6912569.577平均33.12635.475土壤熱通量日期過境時間日序G計算G測量值絕對誤差均方根誤差2013090310:45:0024678.80857.43021.378457.0272013100510:45:0027871.70071.6590.0410.0022014050110:45:0012163.30063.3280.0280.001平均值

7.14912.343潛熱通量日期日序LE實(shí)測LE計算絕對誤差均方根誤差20130903246355.588411.80056.2133159.84720131005278132.0882

181.10024.075579.59620140501121443.685394.02749.6582465.880平均

43.31545.480潛熱通量與日蒸散發(fā)量對比潛熱通量與日蒸散發(fā)空間分布圖存在的問題誤差來源顯熱通量計算中冷熱點(diǎn)選取的好壞直接影響著最終精度，冷熱點(diǎn)的選擇均需要一定的技能和經(jīng)驗(yàn)性，主觀性強(qiáng)，存在較大的人為誤差利用能量平衡方程,潛熱通量為凈輻射與土壤熱通量、感熱通量的差值,而通量又可以間接利用遙感反演的參數(shù)值和模型參數(shù)求值。由于參數(shù)值大都需要通過遙感數(shù)據(jù)獲得,同時地表溫度、比輻射率、植被指數(shù)等一些重要參數(shù)至今仍是遙感反演的瓶頸,所以方程應(yīng)用存在一定的適用范圍和誤差。能量不閉合的問題是觀測手段的缺陷日期日序H實(shí)測LE實(shí)測RN實(shí)測G測量值能量閉合度(LE+H)/(RN-G)20130903246129.8094338.7498549.279157.43000.952620131005278180.0351132.0882557.726372.90000.64382014050112166.7899334.1795625.980593.62000.7532僅靠3期圖像的計算結(jié)果，并不能可靠的說明SEBAL模型在五道溝水文水資源試驗(yàn)站的適用性，因此還需要引入其它時間分辨率高的遙感影像來分析，例如HJ-1（國產(chǎn)環(huán)境小衛(wèi)星），MODIS等。遙感估算