【摘 要】
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蒸散发(Evapotranspiration,ET)是水文-生态过程耦合的纽带,在自然生态系统的水分循环和能量平衡过程中有着重要作用。准确估算蒸散发并描述其时空分布格局对于了解水文循环、水资源开发利用和旱情监测预警等具有重要意义。近年来,遥感技术快速发展,因其具有实时性、周期性、快速便捷和宏观性强等诸多优点,从而为蒸散发模拟估算提供了有力的支撑手段。然而,受云量干扰,大部分遥感数据通常仅适用于晴天
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蒸散发(Evapotranspiration,ET)是水文-生态过程耦合的纽带,在自然生态系统的水分循环和能量平衡过程中有着重要作用。准确估算蒸散发并描述其时空分布格局对于了解水文循环、水资源开发利用和旱情监测预警等具有重要意义。近年来,遥感技术快速发展,因其具有实时性、周期性、快速便捷和宏观性强等诸多优点,从而为蒸散发模拟估算提供了有力的支撑手段。然而,受云量干扰,大部分遥感数据通常仅适用于晴天条件下,如何充分利用遥感数据,实现陆面蒸散发时空连续模拟存在较大挑战。地表温度-植被指数(Ts-VI)特征空间法是蒸散发遥感反演的经典方法之一,该方法结构简单,机理性较强,但存在蒸散发监测时空连续性差的问题。本文将传统研究中的空间尺度拓展到像元尺度,研究基于像元尺度的Ts-VI特征空间法,以MODIS遥感数据作为输入,实现美国南部大平原蒸散发的时空连续模拟,并开展蒸散发时空变化特征和影响因子的研究。主要工作内容和成果如下:(1)构建基于像元尺度的Ts-VI特征空间蒸散发模型。本文将Ts-VI特征空间理论边界的求解由空间尺度拓展到像元尺度,并通过表面能量平衡方程进行确定;在此框架下进一步提取修正温度植被干旱指数(MTVDI),建立了土壤水分与蒸发比之间的定量关系,发展得到基于像元尺度特征空间法的蒸散发遥感估算模型。(2)选取美国南部大平原(SGP)作为研究区域,基于站点观测数据,对地表净辐射、蒸发比和蒸散发等参数进行验证,开展模型的适用性评估。本文估算结果同站点实测数据时间序列变化均呈单峰型,存在季节差异性。同时,估算值与实测值之间相关性较高,达到一定的精度要求。这表明模型在研究区适用性较好,摆脱了晴天及区域条件限制,可以实现遥感数据驱动下的陆面蒸散发连续监测。(3)基于美国南大平原蒸散发遥感反演结果,分析蒸散发的时空分布规律,并探究蒸散发和影响因子的相关性。从空间分布来看,2017-2019年蒸散发具有显著空间异质性,由西北向东南方向递增。从年内变化来看,蒸散发峰值出现在夏季,而谷值则出现在冬季,呈先上升后下降趋势。此外,蒸散发与降水量、高程、NDVI和空气温度相关性最高,而对于风速和相对湿度具有微弱响应,相关系数较低。
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