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蒸发散过程是地表热量平衡和水量平衡的重要组成部分,对地球表面水分和能量平衡过程的模拟和动态监测具有重大的科学意义和实用价值。大范围复杂下垫面条件下的区域蒸散量估算在许多领域都很受重视,而遥感技术由于其时效性和区域性强的特点,日益成为监测区域蒸散量的重要手段。
本文基于TM/ETM+影像,结合北京地区的DEM、土地利用/土地覆盖图、数字行政图以及气象台站观测数据等资料,建立了一个的区域蒸散量遥感估算模型,并对模型结果进行了验证。主要结论如下:
地表参数的反演:(1)对辐射传导方程法、覃志豪单窗算法和普适性单通道法三种地表温度反演算法进行对比分析,并结合地面数据进行验证,结果表明:覃志豪单窗算法的平均相对误差(MAPD)和均方差(RMSD)为6.48%和1.53℃,在三种反演算法中精度最高。(2)通过分析和比较,确定了地表反照率、植被指数、植被覆盖率、地表比辐射率的反演算法。
地表蒸散量的计算:(1)在考虑地形影响下,利用辐射平衡原理估算地表净辐射。结合土地利用/土地覆盖图,对不同下垫面上的土壤热通量、地表粗糙度以及KB<-1>分别确定参数化方案:(2)用谐波方法对气象台站气温进行了时间插值,然后用克吕格法结合DEM对气温进行空间插值;采用动力学下垫面反馈法对风速进行了空间插值。(3)对日平均净辐射的计算方法进行了比较,并假设蒸发比在白天保持稳定不变估算了日蒸散量。
模型的验证与应用:(1)将本文模型与SEBS模型计算的通量进行了比较,结果表明:本文模型与SEBS模型得到的通量具有相似的空间分布规律,但是本文模型在不同下垫面上的差异更为明显。(2)通过与地面数据的比较表明:净辐射和土壤热通量的平均相对误差(MAPD)分别为7.9%和19.6%。对于显热和潜热通量,利用footprint模型计算出通量源区与相对贡献率,并叠加到遥感计算结果图中加权得到遥感估算值,与仪器测量值进行了比较。结果表明:瞬时显热和潜热通量的平均相对误差(MAPD)分别为11.5%和11.9%,均方差(RMSD)为23.8w/m<2>和42.5 w/m<2>;日平均显热和潜热通量的平均相对误差(MAPD)分别为21.75%和15.14%,均方差(RMSD)为9.35w/m<2>和22.34w/m<2>。(3)北京市四周远郊区日平均蒸散量较大,越靠近中部中心城区,蒸散量减小。以2005年5月6号为例,东城、西城、宣武和崇文这四个主城区日蒸敞量最小,在1mm左右,丰台、朝阳、海淀和石景山等近郊区日蒸散量分别为1.56mm、1.17mm、2.13mm和2.23mm,怀柔、平谷和密云等远郊区县日蒸散量分别4.55mm、4.72mm和4.81mm。结合土地利用/土地覆盖数据,可以看出不同下垫面蒸散量的差异:水体的日蒸散量最高,达到5.55mm,林地为4.79mm、园地为4.45mm、耕地为4.22mm、草地为4.19mm、交通用地为1.75mm,居民地的日蒸散量最低,为1.57mm。