[發(fā)明專利]一種地表蒸散發(fā)的遙感反演方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010895830.0
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN112014323B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐榮林;王晟力;姜亞珍;李召良
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所
• 主分類號(hào): G01N21/17
• 分類號(hào): G01N21/17;G01W1/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 楊媛媛

1.一種地表蒸散發(fā)的遙感反演方法，其特征在于，所述反演方法包括如下步驟：

獲取地表的氣象數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述地表的氣象數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)分別計(jì)算相對土壤水分為0的土壤溫度與植被溫度、相對土壤水分為1的土壤溫度和植被溫度；具體包括：根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)和所述遙感數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算相對土壤水分為0的土壤溫度；根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)和所述遙感數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算相對土壤水分為0的植被溫度；根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)和所述遙感數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算相對土壤水分為1的土壤溫度；根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)和所述遙感數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算相對土壤水分為1的植被溫度；其中，T_s0和T_v0分別表示相對土壤水分為0的土壤溫度與植被溫度，T_s1和T_v1分別表示相對土壤水分為1的土壤溫度和植被溫度；ρ為空氣密度；C_p為定壓比熱；e_s為飽和水汽壓；e_a為大氣實(shí)際水汽壓；T_a為近地表氣溫；g_vw為供水充足的植被冠層導(dǎo)度；g_av和g_as分別為植被和土壤上層的空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)度；R_n,s和R_n,v分別為土壤組分凈輻射和植被組分凈輻射；G_s為土壤熱通量；

根據(jù)相對土壤水分為0的土壤溫度與相對土壤水分為1的植被溫度和遙感數(shù)據(jù)計(jì)算區(qū)分根區(qū)水分充足狀態(tài)和土壤表層無水分狀態(tài)的土壤干邊溫度；具體包括：根據(jù)所述地表遙感數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算植被比例F_v；其中，EVI為增強(qiáng)型植被指數(shù)，EVI_min和EVI_max分別為對應(yīng)裸土的最小增強(qiáng)型植被指數(shù)以及對應(yīng)全植被覆蓋的最大增強(qiáng)型植被指數(shù)；根據(jù)相對土壤水分為0的土壤溫度與相對土壤水分為1的植被溫度和植被比例，利用公式計(jì)算區(qū)分根區(qū)水分充足狀態(tài)和土壤表層無水分狀態(tài)的土壤干邊溫度T^*；其中，T_s0和T_v1分別為相對土壤水分為0的土壤溫度與相對土壤水分為1的植被溫度；

根據(jù)相對土壤水分為0的土壤溫度與植被溫度、相對土壤水分為1的土壤溫度和植被溫度和所述土壤干邊溫度計(jì)算土壤濕度限制因子、植被濕度限制因子和植被溫度限制因子；具體包括：判斷遙感影像像元的地表溫度是否大于土壤干邊溫度，獲得判斷結(jié)果；若判斷結(jié)果表示否，則利用公式f_VM＝1，計(jì)算植被濕度限制因子f_VM；利用公式計(jì)算土壤濕度限制因子f_SM；若判斷結(jié)果表示是，則利用公式f_SM＝0，計(jì)算土壤濕度限制因子f_SM；利用公式計(jì)算植被濕度限制因子f_VM；其中，T_s0和T_s1分別為相對土壤水分為0的土壤溫度與相對土壤水分為1的土壤溫度，T_soil表示土壤組分溫度，T_R為遙感影像像元的地表溫度，F(xiàn)_v為植被比例；T_v0和T_v1分別為相對土壤水分為0的植被溫度與相對土壤水分為1的植被溫度，T_veg為植被組分溫度，利用公式計(jì)算植被溫度限制因子f_T；其中，T_max為一天中大氣最高氣溫；T_opt為植被生長最適溫度；

根據(jù)所述土壤濕度限制因子、植被濕度限制因子和植被溫度限制因子，利用Priestley-Taylor公式計(jì)算地表蒸發(fā)量；具體包括：根據(jù)植被溫度限制因子和植被濕度限制因子，利用公式計(jì)算植被蒸騰量；根據(jù)土壤濕度限制因子，利用公式計(jì)算土壤蒸發(fā)量；利用計(jì)算截流蒸發(fā)量；根據(jù)植被蒸騰量、土壤蒸發(fā)量和截流蒸發(fā)量，利用公式ET＝ET_v+ET_s+ET_i計(jì)算地表蒸發(fā)量；其中，ET_v、ET_s和ET_i分別為植被蒸騰量、土壤蒸發(fā)量和截流蒸發(fā)量，ET為地表蒸發(fā)量；f_wet為植被濕葉比例，RH為大氣相對濕度；f_g為植被綠葉比例；f_APAR為綠色植被吸收的光合有效輻射；f_IPAR為綠色植被截獲的光合有效輻射；f_T為植被溫度限制因子；f_SM為土壤濕度限制因子；f_VM為植被濕度限制因子；α為Priestley-Taylor公式系數(shù)，α＝1.26；e_s為飽和水汽壓；T_a為近地表氣溫；R_n,v為冠層凈輻射，R_n,s為土壤凈輻射；G_s為土壤熱通量。

2.一種地表蒸散發(fā)的遙感反演系統(tǒng)，其特征在于，所述反演系統(tǒng)包括：

數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取地表的氣象數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)；

土壤溫度與植被溫度計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述地表的氣象數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)分別計(jì)算相對土壤水分為0的土壤溫度與植被溫度、相對土壤水分為1的土壤溫度和植被溫度；

所述土壤溫度與植被溫度計(jì)算模塊，具體包括：相對土壤水分為0的土壤溫度計(jì)算子模塊，用于根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)和所述遙感數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算相對土壤水分為0的土壤溫度；相對土壤水分為0的植被溫度計(jì)算子模塊，用于根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)和所述遙感數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算相對土壤水分為0的植被溫度；相對土壤水分為1的土壤溫度計(jì)算子模塊，用于根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)和所述遙感數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算相對土壤水分為1的土壤溫度；相對土壤水分為1的植被溫度計(jì)算子模塊，用于根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)和所述遙感數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算相對土壤水分為1的植被溫度；其中，T_s0和T_v0分別表示相對土壤水分為0的土壤溫度與植被溫度，T_s1和T_v1分別表示相對土壤水分為1的土壤溫度和植被溫度；ρ為空氣密度；C_p為定壓比熱；e_s為飽和水汽壓；e_a為大氣實(shí)際水汽壓；T_a為近地表氣溫；g_vw為供水充足的植被冠層導(dǎo)度；g_av和g_as分別為植被和土壤上層的空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)度；R_n,s和R_n,v分別為土壤組分凈輻射和植被組分凈輻射；G_s為土壤熱通量；

土壤干邊溫度計(jì)算模塊，用于根據(jù)相對土壤水分為0的土壤溫度與相對土壤水分為1的植被溫度和遙感數(shù)據(jù)計(jì)算區(qū)分根區(qū)水分充足狀態(tài)和土壤表層無水分狀態(tài)的土壤干邊溫度；

所述土壤干邊溫度計(jì)算模塊，具體包括：植被覆蓋度計(jì)算子模塊，用于根據(jù)所述地表遙感數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算植被比例F_v；其中，EVI為增強(qiáng)型植被指數(shù)，EVI_min和EVI_max分別為對應(yīng)裸土的最小增強(qiáng)型植被指數(shù)以及對應(yīng)全植被覆蓋的最大增強(qiáng)型植被指數(shù)；土壤干邊溫度計(jì)算子模塊，用于根據(jù)相對土壤水分為0的土壤溫度與相對土壤水分為1的植被溫度和植被比例，利用公式計(jì)算區(qū)分根區(qū)水分充足狀態(tài)和土壤表層無水分狀態(tài)的土壤干邊溫度T^*；其中，T_s0和T_v1分別為相對土壤水分為0的土壤溫度與相對土壤水分為1的植被溫度；

限制因子計(jì)算模塊，用于根據(jù)相對土壤水分為0的土壤溫度與植被溫度、相對土壤水分為1的土壤溫度和植被溫度和所述土壤干邊溫度計(jì)算土壤濕度限制因子、植被濕度限制因子和植被溫度限制因子；

所述限制因子計(jì)算模塊，具體包括：判斷子模塊，用于判斷遙感影像像元的地表溫度是否大于土壤干邊溫度，獲得判斷結(jié)果；第一限制因子計(jì)算子模塊，用于若判斷結(jié)果表示否，則利用公式f_VM＝1計(jì)算植被濕度限制因子f_VM；利用公式計(jì)算土壤濕度限制因子f_SM；第二限制因子計(jì)算子模塊，用于若判斷結(jié)果表示是，則利用公式f_SM＝0，計(jì)算植被濕度限制因子f_VM；利用公式計(jì)算植被濕度限制因子f_VM；其中，T_s0和T_s1分別為相對土壤水分為0的土壤溫度與相對土壤水分為1的土壤溫度；T_soil表示土壤組分溫度，T_R為遙感影像像元的地表溫度，F(xiàn)_v為植被比例；T_v0和T_v1分別為相對土壤水分為0的植被溫度與相對土壤水分為1的植被溫度，T_veg為植被組分溫度，第三限制因子計(jì)算子模塊，用于利用公式計(jì)算植被溫度限制因子f_T；其中，T_max為一天中大氣最高氣溫；T_opt為植被生長最適溫度；

地表蒸發(fā)量計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述土壤濕度限制因子、植被濕度限制因子和溫度限制因子，利用Priestley-Taylor公式計(jì)算地表蒸發(fā)量；

所述地表蒸發(fā)量計(jì)算模塊，具體包括：植被蒸騰量計(jì)算子模塊，用于根據(jù)植被溫度限制因子和植被濕度限制因子，利用公式計(jì)算植被蒸騰量；土壤蒸發(fā)量計(jì)算子模塊，用于根據(jù)土壤濕度限制因子，利用公式計(jì)算土壤蒸發(fā)量；截流蒸發(fā)量計(jì)算子模塊，用于利用計(jì)算截流蒸發(fā)量；地表蒸散發(fā)量計(jì)算子模塊，用于根據(jù)植被蒸騰量、土壤蒸發(fā)量和截流蒸發(fā)量，利用公式ET＝ET_v+ET_s+ET_i計(jì)算地表蒸散發(fā)量；其中，ET_v、ET_s和ET_i分別為植被蒸騰量、土壤蒸發(fā)量和截流蒸發(fā)量，ET為地表蒸發(fā)量；f_wet為植被濕葉比例，RH為大氣相對濕度；f_g為植被綠葉比例；f_APAR為綠色植被吸收的光合有效輻射；f_IPAR為綠色植被截獲的光合有效輻射；f_T為植被溫度限制因子；f_SM為土壤濕度限制因子；f_VM為植被濕度限制因子；α為Priestley-Taylor公式系數(shù)，α＝1.26；e_s為飽和水汽壓；T_a為近地表氣溫；R_n,v為冠層凈輻射，R_n,s為土壤凈輻射；G_s為土壤熱通量。