[發明專利]一種聯合遙感和氣象數據獲取全天候蒸散發的方法

有效

• 申請號: 201710257387.2
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107065036B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 冷佩;李召良;宋小寧;段四波;高懋芳
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所
• 主分類號: G01W1/00
• 分類號: G01W1/00
• 代理公司: 11350 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 湯東鳳

1.一種聯合遙感和氣象數據獲取全天候蒸散發的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、采集遙感數據：遙感數據包括1km空間分辨率的地表溫度產品、地表反照率產品、8天合成的葉面積指數產品和16天合成歸一化植被指數產品；遙感數據來自MODIS衛星數據產品；

步驟2、采集氣象數據：氣象數據包括氣溫、風速、短波輻射和比濕這四個氣象要素；氣象數據來自CLDAS大氣驅動場產品；

步驟3、經緯度匹配：計算每個MODIS遙感像元歸屬的CLDAS數據格網位置；

步驟4、估算MODIS遙感像元蒸散發：遍歷MODIS遙感像元，判斷MODIS的地表溫度產品像元是否為有云，根據判斷結果，估算MODIS有云像元和MODIS無云像元的蒸散發；

所述步驟3中經緯度匹配中的計算每個MODIS遙感像元歸屬的CLDAS數據格網位置具體為：

對每個MODIS遙感像元，讀取其經緯度(Lat_M，Lon_M)，對每個CLDAS格網氣象數據，讀取其經緯度(Lat_C，Lon_C)，遍歷所有的CLDAS格網，計算兩個經緯度的距離d，公式為：

其中，d最小值出現的格網即為MODIS遙感像元歸屬CLDAS的格網；

所述步驟4中估算MODIS有云像元的蒸散發具體為：當MODIS的地表溫度產品像元有云，其值為空值，這種情況下，根據步驟3所述方法找到該像元所在的CLDAS歸屬格網，讀取該格網的風速，計算摩擦風速，公式為：

其中，K是von Karman常數，取值為0.41；z是CLDAS風速的觀測高度，其值為10m，d是零平面位移，z₀是表面粗糙長度；植被高度為1m，d＝0.67，z₀＝0.1；

計算2m處風速u₂，公式為：

計算空氣阻抗r_a，公式為：

其中，Z_0m和Z_0h分別是動量傳輸和能量傳輸粗糙度長度；植被高度為1m，Z_0m＝0.1，Z_0h＝0.01；

地表阻抗r_s的計算公式為:

其中，u_s是地表粗糙度影響最小的高度處的風速，利用葉面積指數，葉子直徑和植被高度進行估算；植被高度為1m，葉子直徑為0.1m，u_s近似為：

其中，LAI是葉面積指數，從MODIS數據直接讀取；MODIS有云像元蒸散發ET的計算公式為：

其中，Δ是飽和水汽壓隨溫度變化的斜率，計算公式為：

其中，T_a是氣溫，從CLDAS數據中讀取；R_n是凈輻射，利用CLDAS數據讀取下行短波輻射S_d、氣溫T_a以及MODIS的地表反照率albedo來估算，G是土壤熱通量，表示為R_n的函數；ρ是空氣密度，取值1.29kg/m³；C_p是空氣定壓比熱，取值1004J/(kg·K)；e_s(T_a)是空氣溫度為T_a時的實際水汽壓；e_a為飽和水汽壓；γ是干濕表常數，取值為0.066；凈輻射R_n用以下公式估算：

R_n＝(1-albedo)S_d+εε_aσT_a⁴-εσT_a⁴ (9)

其中，σ是Stefan-Boltzmann常數，取值為5.67×10^-8；ε_a是天空發射率，表示為氣溫的函數ε_a＝9.2×10^-6×T_a²；ε是地表發射率，從MODIS溫度產品中讀取；

土壤熱通量G的計算公式為：

G＝[0.05+0.265×(1-FVC)]R_n (10)

其中，FVC是植被覆蓋度，根據MODIS的歸一化植被指數NDVI進行計算：

其中，NDVI直接從MODIS數據中讀取。

2.根據權利要求1所述的聯合遙感和氣象數據獲取全天候蒸散發的方法，其特征在于，所述步驟4中估算MODIS無云像元的蒸散發具體為：

首先計算干燥裸土的溫度T_s,max和受脅迫植被的溫度T_c,max，計算公式為：

其中，α_s和α_c分別是干燥裸土和受脅迫植被反照率，分別取值0.3和0.2；S_d為短波輻射，從CLDAS數據中讀取；ε_s和ε_c分別為干燥裸土和受脅迫植被的發射率，分別取值0.95和0.98；σ是Stefan-Boltzmann常數，取值為5.67×10^-8；T_a是氣溫，從CLDAS數據中讀取；ρ是空氣密度，取值1.29kg/m³；C_p是空氣定壓比熱，取值1004J/(kg·K)；ε_a是天空發射率，表示為氣溫的函數ε_a＝9.2×10^-6T_a²；c是裸土條件下聯系土壤熱通量與凈輻射的系數取值0.315；r_a,s和r_a,c分別是干燥裸土和受水分脅迫的全植被覆蓋對應的阻抗，它們均表達為風速的函數，風速直接由CLDAS數據提供；

其中，和分別是動量傳輸和能量傳輸的大氣穩定度函數；z_0m和z_0h分別是動量傳輸和能量傳輸粗糙度長度，對于r_a,s計算，d取值0，z_0m取值0.005，z_0h取值0.0005；對于r_a,c計算，d取值0.67，z_0m取值0.1，z_0h取值0.01；

對于MODIS無云像元，蒸散發ET估算公式為：