[发明专利]基于遥感的区域蒸散量监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于遥感的区域蒸散量监测方法，尤其涉及一种利 用遥感图像提供的可见光和热红外信息，结合近地面的气象信息，进行 地表能量平衡计算，并通过适当的时间扩展，最终确定区域地表蒸散量 的方法，属于遥感应用技术领域。

背景技术

当前，全球水资源日益匮乏，为了合理利用和分配水资源，迫切需 要深入了解不同植被覆盖和土地利用条件下的蒸发耗水情况。蒸散量包 括植被截流蒸发量、植被蒸腾量、土壤蒸发量和水面蒸发量，是区域水 量平衡和能量平衡的主要成分，不仅在水循环和能量循环过程中具有极 其重要的作用，而且是生态过程与水文过程的重要纽带。因此，准确及 时地获取特定区域的地表蒸散量数据，在农业、水文、森林和生态等领 域都能够发挥十分重要的作用。

目前，蒸散量的实地测定方法仍以传统的水文气象学方法为主，主 要包括直接测定下垫面(大气圈以地球的水陆表面为其下界，称为大气 层的下垫面)的失水速率和大气中的水汽传送速率。总的来说，由于下 垫面不均匀的影响，有关测点的测值对大范围内的地表蒸散发状况代表 性不强，且布设测点成本高，难以形成实用的观测网络。

相对于传统的水文气象学方法，通过遥感数据监测地表蒸散的方法 具有空间上连续和时间动态变化的特点。遥感数据的多光谱信息能够提 供与地表能量平衡过程和地表覆盖状况密切相关的参数。用遥感手段进 行区域尺度下非均匀下垫面的蒸散发估算，已经成为遥感应用领域的重 要研究方向。

目前，在区域尺度下估算地表蒸散主要有两种方法：一是使用遥感 表面辐射温度结合气温以及系列阻抗公式求取显热，通过能量平衡余项 表示蒸散；二是在联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的Penman-Monteith 模型(简称为P-M模型)的基础上，用地温—植被指数或其他方式来推 算P-M模型中的表面阻抗，直接进行蒸散计算。一般认为，前者精度较 高而后者因其参数较为简单而易于应用。受云或其它大气因素的影响， 遥感在非晴好天气时无法获得可用的可见光和热红外数据，所获得的陆 面参数实际上是不连续的，因此要充分利用遥感晴好数据和气象观测数 据。但是，通过遥感数据监测地表蒸散毕竟是一种间接的蒸发测量方法， 涉及的环节较多、数据量大，而且还存在一些实际的技术问题需要解决， 例如如何获得空间上一致时间上连续的遥感数据，如何使遥感数据提供 计算方法和模型所需要的计算参数，如何通过对中间过程的监控以及结 合地面数据进行模型的标定以减少不确定误差等。因此，现有的蒸散量 遥感定量化监测技术仍需要进一步加以改进。

发明内容

本发明提供了一种基于遥感的区域蒸散量监测方法。该方法利用多 时相的可见光/热红外遥感数据及每日常规气象数据建立了区域尺度上陆 面蒸散量监测的数据处理链，从而实现了区域蒸散量的运行性遥感监测。

为实现上述的目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于遥感的区域蒸散量监测方法，其特征在于包括如下的步骤：

(1)获取特定区域的多时相多分辨率卫星遥感影像数据；

(2)对地面的关键参量进行遥感反演；

(3)通过遥感地气交换模型计算地气能量交换过程中每个像元的阻 抗，并结合气象要素计算每个像元的地气温差，计算出用于加热每个像 元上方空气的显热通量，通过能量平衡余项式计算潜热能量，并由 Penman-Monteith模型推求逐日有效的表面阻抗；

(4)运用时间重建技术从瞬时间断的遥感观测中获取完整的植被生 长期过程曲线；

(5)在逐日尺度上建立表面阻抗模型以获取逐日的地表阻抗；

(6)反复运用Penman-Monteith模型求得逐日蒸散量，由此进行时间 累计和尺度下推，最终确定区域地表蒸散量。

其中，所述步骤(1)中，将ASTER/TM和AVHRR/MODIS作为卫星遥 感影像数据源。

所述步骤(2)中，所述关键参量至少包括地表反照率、净辐射量、地 表温度、植被覆盖度、叶面指数和动量粗糙度。

在计算所述净辐射量时，直射辐射的系数为0.45，散射辐射的系数 为0.1。

在计算所述动量粗糙度时，分别对植被、地形起伏、非植被覆盖表 面下的几何粗糙度进行加权以便获得所述动量粗糙度。

所述步骤(3)中，使用叶面指数进行植被与裸地的分类。