论文部分内容阅读
地表水热通量(显热通量、潜热通量)是研究地表与大气之间的物质和能量交换过程的一个重要方面，在全球气候变化、水资源、生态环境等研究领域也有重要的应用意义。在当前利用卫星遥感估算区域蒸散量的各类方法中，基于地表能量平衡的估算模型应用最为广泛(如SEBS、SEBAL等)。其中，蒸散量(潜热通量)的计算是根据能量平衡余项法，在显热通量己知条件下推算得到。因此，准确地观测和估算显热通量是十分重要的。
本文根据2002、2004和2005年北京昌平小汤山国家精准农业研究示范基地实验场、2005年江西吉安市中科院千烟洲生态网络实验站、2006～2007年北京密云站，以及美国通量站Blackhills(2002)和Fortpeck(2004)站等观测数据，研究了显热通量的观测方法、影响因子和尺度关系。主要研究结论如下：
1、通过自由对流法与迭代法的计算结果比较得出：如果LAS的安装高度足够高，可以使用自由对流法简化白天不稳定条件下显热通量的计算。进一步，优化了迭代法的计算过程，解决了三个关键问题：(1)Cn2的饱和修正；(2)稳定条件下普适函数的选择；(3)大气稳定度的判定。从敏感性分析可知：LAS光径有效高度和风速是计算显热通量的比较敏感因子：当地表粗糙元的高度变化相对于光径高度不可忽略时，零平面位移需要精确地确定；波文比在湿润地表需要准确确定：而气温、气压和动力学粗糙度则为相对不敏感因子。
2、在均匀、非均匀的下垫面上，Hlas和Hec的日变化趋势与净辐射一致，Hlas的日变化曲线比Hec平滑。在密云观测站，二者的月变化趋势也非常一致，且Hlas在白天一般大于Hec，Hlas的峰值高于Hec约50-100W/m2。从多个站LAS测量值的分析中可知，LAS在均匀和非均匀地表上都可以得到合理的测量值。
3、计算了不同下垫面上的动力学粗糙度Z0m，并借助足迹模型，解释了非均匀地表上Z0m具有方向性特征的原因。同时提出了一个非均匀地表Z0m的参数化方案，该方案首先依据地表粗糙元的特征因子计算各组分地表的Z0m，然后按照足迹加权平均集成为非均匀地表的有效动力学粗糙度。
4、计算和比较了森林、草地、裸地、玉米地和杂草地五个下垫面的辐射kB-1。结果表明：在各种下垫面上，kB-1变化明显。除了杂草地，其它下垫面的kB-1均有抛物线型日变化，并且与地气温差的日变化趋势比较一致。在均匀植被下垫面，用中值或均值的kB-1计算显热通量的估算误差在10％左右，而在其它下垫面，kB-1都是一个难以确定的变化量。在比较的7个kB-1模型中，两个属于辐射kB-1的模型结果较好。
5、利用涡动相关仪的观测数据评估了八个(三类)空气动力学阻抗参数化方案：考虑了动力学粗糙度和热力学粗糙度的差异后，可以改进一些经验模型的结果。基于相似理论法的模型估算的空气动力学阻抗与经验、半经验模型的计算结果差异不大。而Hatfieldetal(1983)和Xie(1988)模型不适于用于遥感估算显热通量的模型。敏感性分析表明：估算空气动力学阻抗的关键参数是动力学粗糙度、热力学粗糙度以及风速。地表温度对估算阻抗值的敏感性一般，基于相似理论法的模型比经验、半经验模型对风速更敏感一些。
6、在均匀地表上，涡动相关仪和LAS源区的重叠程度，决定了两个仪器测量值的变化趋势，以及测量值的差异。在非均匀地表上，涡动相关仪和LAS观测显热通量的差异，与两个传感器的位置(涡动相关仪与LAS光径路线中点的距离)和LAS源区在各种组分地表的足迹比重直接相关。由此，构建了根据各组分地表涡动相关仪观测的显热通量，集成为非均匀地表上整体显热通量的尺度转换公式，其计算结果与LAS观测值吻合较好。