[發明專利]基于遙感的區域蒸散量監測方法

無效

• 申請號: 200810179250.0
• 申請日: 2008-12-04
• 公開（公告）號: CN101551459A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 吳炳方;熊雋;閆娜娜
• 申請（專利權）人: 北京天宏金睛信息技術有限公司
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳 曦

技術領域

本發明涉及一種基于遙感的區域蒸散量監測方法，尤其涉及一種利 用遙感圖像提供的可見光和熱紅外信息，結合近地面的氣象信息，進行 地表能量平衡計算，并通過適當的時間擴展，最終確定區域地表蒸散量 的方法，屬于遙感應用技術領域。

背景技術

當前，全球水資源日益匱乏，為了合理利用和分配水資源，迫切需 要深入了解不同植被覆蓋和土地利用條件下的蒸發耗水情況。蒸散量包 括植被截流蒸發量、植被蒸騰量、土壤蒸發量和水面蒸發量，是區域水 量平衡和能量平衡的主要成分，不僅在水循環和能量循環過程中具有極 其重要的作用，而且是生態過程與水文過程的重要紐帶。因此，準確及 時地獲取特定區域的地表蒸散量數據，在農業、水文、森林和生態等領 域都能夠發揮十分重要的作用。

目前，蒸散量的實地測定方法仍以傳統的水文氣象學方法為主，主 要包括直接測定下墊面(大氣圈以地球的水陸表面為其下界，稱為大氣 層的下墊面)的失水速率和大氣中的水汽傳送速率。總的來說，由于下 墊面不均勻的影響，有關測點的測值對大范圍內的地表蒸散發狀況代表 性不強，且布設測點成本高，難以形成實用的觀測網絡。

相對于傳統的水文氣象學方法，通過遙感數據監測地表蒸散的方法 具有空間上連續和時間動態變化的特點。遙感數據的多光譜信息能夠提 供與地表能量平衡過程和地表覆蓋狀況密切相關的參數。用遙感手段進 行區域尺度下非均勻下墊面的蒸散發估算，已經成為遙感應用領域的重 要研究方向。

目前，在區域尺度下估算地表蒸散主要有兩種方法：一是使用遙感 表面輻射溫度結合氣溫以及系列阻抗公式求取顯熱，通過能量平衡余項 表示蒸散；二是在聯合國糧食及農業組織(FAO)推薦的Penman-Monteith 模型(簡稱為P-M模型)的基礎上，用地溫—植被指數或其他方式來推 算P-M模型中的表面阻抗，直接進行蒸散計算。一般認為，前者精度較 高而后者因其參數較為簡單而易于應用。受云或其它大氣因素的影響， 遙感在非晴好天氣時無法獲得可用的可見光和熱紅外數據，所獲得的陸 面參數實際上是不連續的，因此要充分利用遙感晴好數據和氣象觀測數 據。但是，通過遙感數據監測地表蒸散畢竟是一種間接的蒸發測量方法， 涉及的環節較多、數據量大，而且還存在一些實際的技術問題需要解決， 例如如何獲得空間上一致時間上連續的遙感數據，如何使遙感數據提供 計算方法和模型所需要的計算參數，如何通過對中間過程的監控以及結 合地面數據進行模型的標定以減少不確定誤差等。因此，現有的蒸散量 遙感定量化監測技術仍需要進一步加以改進。

發明內容

本發明提供了一種基于遙感的區域蒸散量監測方法。該方法利用多 時相的可見光/熱紅外遙感數據及每日常規氣象數據建立了區域尺度上陸 面蒸散量監測的數據處理鏈，從而實現了區域蒸散量的運行性遙感監測。

為實現上述的目的，本發明采用下述的技術方案：

一種基于遙感的區域蒸散量監測方法，其特征在于包括如下的步驟：

(1)獲取特定區域的多時相多分辨率衛星遙感影像數據；

(2)對地面的關鍵參量進行遙感反演；

(3)通過遙感地氣交換模型計算地氣能量交換過程中每個像元的阻 抗，并結合氣象要素計算每個像元的地氣溫差，計算出用于加熱每個像 元上方空氣的顯熱通量，通過能量平衡余項式計算潛熱能量，并由 Penman-Monteith模型推求逐日有效的表面阻抗；

(4)運用時間重建技術從瞬時間斷的遙感觀測中獲取完整的植被生 長期過程曲線；

(5)在逐日尺度上建立表面阻抗模型以獲取逐日的地表阻抗；

(6)反復運用Penman-Monteith模型求得逐日蒸散量，由此進行時間 累計和尺度下推，最終確定區域地表蒸散量。

其中，所述步驟(1)中，將ASTER/TM和AVHRR/MODIS作為衛星遙 感影像數據源。

所述步驟(2)中，所述關鍵參量至少包括地表反照率、凈輻射量、地 表溫度、植被覆蓋度、葉面指數和動量粗糙度。

在計算所述凈輻射量時，直射輻射的系數為0.45，散射輻射的系數 為0.1。

在計算所述動量粗糙度時，分別對植被、地形起伏、非植被覆蓋表 面下的幾何粗糙度進行加權以便獲得所述動量粗糙度。

所述步驟(3)中，使用葉面指數進行植被與裸地的分類。