基于遥感的黑河流域蒸散发研究

论文摘要

地表能量通量是全球水循环和能量平衡的重要环节,是全球气候变化的重要研究内容之一,在陆地表层和大气之间的相互作用研究,水资源规划管理等各个方面具有重要价值。水是万物之源,是人类生存生活、社会经济发展、环境可持续发展的根本保证。随着人口的不断增长和经济的快速发展,水资源短缺已经成为很多地区社会经济发展的重要制约因素。水资源问题成为21世纪的热点问题。蒸散发作为水循环中的重要环节,深入的了解区域的蒸散发状况,对于水资源规划管理极为重要。在水资源短缺、水环境质量恶化的形势下,实现流域的真实节水,需要区域范围内的蒸散发量作为依据,进行流域水资源的有效管理。传统的站点观测资料,其时空代表性局限很大。近年来,随着遥感技术和定量反演方法的迅猛发展,基于卫星遥感的蒸散发检测逐渐成为研究的热点。采用遥感方法计算区域尺度的蒸散发状况可以有效的避免传统点尺度观测的缺陷,对于区域尺度的水资源规划管理具有重要价值。黑河流域作为我国西北干旱地区第二大内陆河流域,流域水资源可持续利用涉及生态、环境、社会、经济等重要领域,迫切需要对流域水分收支状况,在其空间分布和时间变化两方面,有科学、定量的了解。因而黑河流域蒸散发的机制,蒸散发的时空分布变化研究极为迫切,迫切需要对黑河流域的蒸散过程有清楚的认识,以提供流域管理的参考。本文收集整理了黑河流域范围内的MODIS数据,结合地面观测资料,基于定量遥感的理论和技术方法,获取了研究区的植被指数、叶面积指数、地表比辐射率等重要地表特征参数；使用时间序列分析方法提取分析了研究区内和植被生长相关的重要物候信息,如生长季开始时间,生长季结束时间,生长季长度,生长季NDVI幅度；基于SEBS模型,使用反演得到的地表参数作为输入,估算了黑河流域典型日的蒸散发状况,分析了蒸散发的时空变化特征；分析整理了遥感估算蒸散发的时间尺度扩展方法,使用METRIC方法对黑河流域蒸散发进行月尺度扩展研究,分析探讨了流域蒸散发的重要时空变化特征。本文得出的结论如下：（1）物候信息是植被生长状况的良好指示剂。使用MODIS16天最大合成NDVI数据,采用Savitzky-Golay滤波方法重建了NDVI时间序列图像,提取了流域范围内植被生长的重要物候参数。分析了流域内植被生长季开始时期,生长季结束时期,生长季长度,生长季NDVI幅度的空间特征,结果表明,黑河流域植被物候信息具有明显的空间特征,上游山区草地生长季较短,中下游区域受人类活动影响剧烈,物候信息的提取结果较为吻合黑河流域主要农作物小麦、玉米的生长状况信息。（2）黑河流域蒸散发机制、时空分布变化的深入研究是流域水资源可持续利用、流域管理的重要参考。本文基于SEBS模型,估算了2008年典型日蒸散发时空状况,并使用盈科站的通量观测数据进行了验证。结果表明,除121天和151天的结果有较大偏差外,其他天数的验证结果较好。（3）农田灌溉、水资源管理、水资源核算等研究中,月尺度、年尺度的蒸散发空间分布状况更具有实际价值。本文在总结蒸散发时空扩展方法的基础上,采用Allen提出的METRIC方法对黑河流域蒸散发进行了月尺度的扩展研究,计算得到黑河流域2008各个月份的蒸散量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及其意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究方法与技术路线
• 参考文献
• 第二章 研究区域与数据
• 2.1 研究区域概况
• 2.1.1 区域位置
• 2.1.2 自然环境
• 2.1.3 社会经济
• 2.1.4 生态环境问题
• 2.2 数据收集及处理
• 2.2.1 地面气象数据
• 2.2.2 卫星遥感数据
• 2.2.3 黑河流域其他相关数据
• 参考文献
• 第三章 蒸散发研究的理论与方法
• 3.1 蒸散发估算的传统方法
• 3.2 基于遥感的蒸散发反演
• 3.2.1 统计或经验模型
• 3.2.2 遥感方法与传统模型结合
• 3.2.3 基于能量平衡的蒸散发模型
• （1） 与经验方法结合的能量平衡模型
• （2） 单层模型
• （3） 双层模型
• （4） 其他类型
• 3.2.4 土壤-植被-大气传输模型
• 3.3 SEBS模型理论
• 参考文献
• 第四章 物候参数提取及地表参数化
• 4.1 物候信息提取分析
• 4.1.1 时间序列分析
• 4.1.2 时间序列重建方法
• 4.1.3 物候参数提取
• 4.1.4 参数确定
• 4.2 黑河流域植被物候信息提取分析
• 4.2.1 典型植被NDV1年内变化曲线
• 4.2.2 黑河流域植被物候格局分析
• 4.3 太阳辐射
• 4.3.1 太阳总辐射参数化理论
• 4.3.2 太阳总辐射计算公式
• 4.3.3 黑河流域太阳总辐射计算结果
• 4.3.4 长波净辐射
• 4.4 生物物理参数反演
• 4.4.1 植被指数
• 4.4.2 植被覆盖度
• 4.4.3 叶面积指数
• 4.4.4 地表反照率
• 4.4.5 比辐射率估算
• 4.4.6 地表温度
• 参考文献
• 第五章 黑河流域蒸散发模拟
• 5.1 地表通量估算结果
• 5.1.1 净辐射估算结果
• 5.1.2 潜热通量估算结果
• 5.2 蒸发比
• 5.3 黑河流域典型日蒸散发量
• 5.4 模型结果验证
• 5.4.1 基于涡度观测的蒸散发验证
• 5.4.2 日蒸散发量的验证
• 参考文献
• 第六章 蒸散发时间尺度扩展研究
• 6.1 蒸散发时间扩展方法
• 6.1.1 简化法
• 6.1.2 正弦曲线方法
• 6.1.3 蒸发比法
• 6.1.4 METRIC方法
• 6.2 蒸散发长时间尺度扩展
• 6.2.1 长时间尺度扩展影响因素
• 6.2.2 简单的蒸散发长时间尺度扩展
• 6.3 黑河流域蒸散发长时间尺度扩展
• 参考文献
• 第七章 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 存在问题与展望
• 7.2.1 存在问题
• 7.2.2 展望
• 致谢