遥感技术论文范文：湿地区域地表蒸散发量遥感集成模型分析

第一章绪论

自然界中，蒸散发量是地表与大气之间能量和水分平衡的主要因素，它包括地表土壤或自由水面的蒸发量以及植物的蒸腾量。蒸散发包含物理过程和生理过程，水以气体的形式转移并伴随能量的变化，同时植物依靠自身蒸腾拉力进行生命活动，根据蒸散发的原理我们可以了解地表的水量变化以及植被覆盖和生长状况，也可以估计农业需水情况、地表干旱指数和作物产量，因此蒸散发量的估算对水资源的管理利用和农业生产灌溉等具有重要的指导意义。

1.1湿地蒸散发量反演的背景及意义
湿地生态系统不仅具有调水，调节气候，为野生动物提供生存环境等基本生态效益，还具有为工农业、能源、医疗卫生等提供生产原料的经济效益，同时还为人们提供物种研究和景观旅游等社会效益。然而，由于湿地生态系统的生态脆弱性，湿地水文、土壤、气候等湿地环境要素的改变都能导致系统的变化，特别在水文方面，当其受到自然或者人为干扰时，湿地生态系统的稳定性将受到一定程度的影响。湿地蒸散发量全面影响着湿地环境的主要素，它作为湿地饱和下塾面水循环过程和水量损失的主要成分影响着湿地的水文情况，蒸散发本身伴随的能量变化则影响湿地的气候条件，调节温度，土壤以及空气的湿度。因此，湿地蒸散发量是评价湿地生态系统环境的重要因素，准确的估算湿地蒸散发量将对保护湿地生态系统提供决策支持和现实的指导意义。
1.1.1湿地蒸散发量测量与反演背景
湿地蒸散发量的表现形式是水分从液态变成气态的过程，因此非水体区域的直接测量很难实现；对于水体区域，由于地表下渗量的存在给蒸散发量的直接测量造成很大的困难，而且使用蒸渗仪等直接测量工具会耗费较大的人力和财力。湿地的蒸散发受到福射能量、地气温差、风速、空气相对湿度和土地利用类型以及各时期植被的生理状况等很多因素的综合影响。据此，在蒸散发量的研究方面出现了很多反演方法，其中FA0 56[2]作为国家标准的蒸散发量反演公式，它被广泛用于农业方面蒸散发量的计算，而且有很多成功的应用，但由于湿地生态系统本身特殊的气候机制不能够得到比较稳定的庄稼系数，FAO 56方法在湿地生态系统巾应用就受到了很大的限制。芦苇是湿地中分布最广的植物物种之一，分布集中的芦苇带有植物的蒸散发的共性，有利于FAO 56方法的使用，结合涡轮相关机的测量结果和FAO 56方法，依靠芦苇带上方的气象数据得到了日庄稼系数的模型和日蒸散发量的模型，从而实现了湿地芦苇带蒸散发量的反演。除FAO56方法，估算蒸散发量的方法还有祸动相关法，波文比-能量平衡方法。从蒸散发量的反演上看，蒸散发量的测量为蒸散发量的反演服务，并提供数据支持以及数据验证。然而这些传统的蒸散发量测量方法和估算方法都是针对局部点的。在大尺度的区域内，由于蒸散发过程和水热传输的非均匀性，传统方法不能够胜任区域蒸散发量的估算，虽然如此，但传统的方法可以为区域蒸散发的估算和验证提供数据和方法支持。
1.1.2蒸散发量遥感反演的意义
随着卫星遥感技术的出现，区域蒸散发量的估算有了新的方向，遥感提供大范围区域观察水文状态的条件，从遥感的热红外波段可以计算陆地表面温度，从微波数据可以计算地表土壤湿度，遥感红波段和近红外波段可以计算地表的植被覆盖情况等等。蒸散发量的估算从局部一致区域扩展到大范围区域。遥感技术的应用使蒸散发量的估算领域逐步扩大。利用遥感技术的多时相性，可以估算同一区域不同时期的蒸散发量，实现对区域蒸散发量的动态监测。利用遥感技术进行区域定量蒸散发量的反演是水文；有前途的应用，而且有良好的发展前景。

1.2蒸散发量遥感反演的国内外硏究现状和主要问题
利用遥感技术进行定量蒸散发量反演计算已有将近40年的历史，在此期专家和学者们研究出很多种遥感蒸散发量反演模型以及相关的改进模型，不断地推动蒸散发量估算的发展进程。
1.2.1国内外研究现状
地表蒸散发量的定量遥感反演[5]大致有两条主线。一是利用能量平衡方程求取潜热通量的余项来获得蒸散发量结果，二是利用遥感技术反演得到相关参数的经验关系来估算蒸散发量。下面分别从这两条主线对研究现状进行讨论。利用能量平衡方程求余项的方法是计算蒸散发量最常用的方法。其中应广泛的是SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land)以及它的相关改进模型，其思想是利用遥感技术获得能量平衡方程中的各项，然后将蒸散发量作为能量余项求得。SEBAL的相关改进方式主要在各能量平衡参数的求取方式。爱达荷州水资源实验室的专家们在报告中对SEBAL模型进行了全面的讨论与研究，研究主要针对SEBAL模型计算过程中的各个步骤进行重新定义以保证在不同土地类型中计算的精度，还有蒸散发量的时间扩展问题，讨论的参数主要包括土壤热通量，蒸散发量指数，植被指数，发射率和净竊射量。SEBAL模型目前已在很多地方有成功的应用，等人在SEBAL模型的基础上提出SEBS方法，SEBS通过物理机理模型来推导出热传输粗糙度这个关键变量的公式，优于SEBAL及其他遥感模型在热传输粗糙度估算上采用固定值的做法，但是要在SEBAL多一些数据要求。

    1.3 本文主要研究内容 ......................13-14
第二章研究区域概况及研究数据预处理 ......................14-18
    2.1 白洋淀湿地概况 ......................14
    2.2 数据资料准备 ......................14-18
        2.2.1 研究区数据资料 ......................14-15
        2.2.2 土地利用和土地覆盖分类 ......................15-18
第三章结合地物分类的蒸散发量遥感反演集成模型 ...............18-33
    3.1 集成模型的构建 ......................18-22
        3.1.1 SEBAL和TSEB模型特点分析 ......................18-21
        3.1.2 遥感反演集成模型 ......................21-22
    3.2 地表参数以及模型中重要参数的计算 ......................22-28
    3.3 集成模型反演的蒸散发量结果 ......................28-33
        3.3.1 蒸散发量结果 ......................28-32
        3.3.2 地物分类结果对反演的影响 ......................32-33
第四章基于地表参数蒸散发量计算模型 ......................33-46
    4.1 NDVI-TS散点图关系原理 ......................33-41
        4.1.1 基于NDVI-TS散点图关系的蒸散发量模型 .............33-35
        4.1.2 基于散点图关系的湿地蒸散发量计算 ...............35-41
    4.2 基于散点图关系和PT公式蒸散发量计算结果 .............41-46
        4.2.1 蒸散发量结果 ......................41-44
        4.2.2 物理模型与经验模型湿地蒸散发量计算比较 ............44-46

结 论

目前，区域地表蒸散发量遥感反演模型主要是在干旱或者半干旱的陆面条件下提出的，在湿地复杂湿润的生态环境下，直接利用现有遥感模型理论上不可行。因此本文主要研究了适合白洋淀湿地的区域地表蒸散发量反演遥感模型，根据遥感模型发展的两大主线分别给出相关结论：
一、基于能量平衡方程的蒸散发量遥感反演集成模型。在估算湿地区域蒸散发过程中，根据湿地生态系统的复杂性，首先利用遥感图像分类技术按地表结构和蒸散发源将地表分为单源地物和双源地物，选择模型时单源地物使用单层模型代表SEBAL计算，双源地物使用双层模型代表TSEB计算，并对一些重要参数进行调整和重新计算，以满足遥感反演模型的需求，最后形成结合地物分类的蒸散发量遥感反演集成模型。在结果验证部分，主要对湿地主要蒸散发源水体和水生植物进行验证，模型计算结果与实测数据相近，证明了集成模型适合湿地区域蒸散发量的研究。
二、基于地表参数的散点图关系的经验模型。在估算蒸散发区域蒸散发时，本文)、V：用植被指数和地表温度的散点图关系，对适用于湿润条件蒸散发量计算的PT公式的参数进行调整，根据湿地下垫面的饱和程度将地表分为饱和下垫面和非饱和下垫力，并分别计算，饱和下垫面采用固定的PT系数，非饱和下垫面则利用散点图关系两次线件关系插值计算的PT系数，最后完成湿地区域蒸散发量的反演。

参考文献

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