台湾地区定量遥感蒸散发研究

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蒸散发(Evapotranspiration)决定着局部和区域性的水、热平衡,贯穿于土壤-植被-大气系统中的各个环节;实际应用中,与国民经济中农业、林业及水资源管理等诸多问题息息相关,目前已被众多国际水文计划列为研究的焦点。台湾地区纵跨热带、亚热带两个气候区,四面坏海,终年受季风影响,气候复杂而脆弱。由于降水时空分布不均且天然蓄水能力有限,缺水是台湾地区一直以来面临的严峻而难以解决的问题。因此,深入探讨如何采取有效措施节约有限水资源具有广泛而深远的意义。作为水循环中最大、最难估算的分量,区域ET的精确估算将为台湾地区节水方案的拟订与实施提供科学的依据。   以往蒸散发估算的研究中,台湾地区多用蒸发皿观测或Penman等相关公式推求,缺乏对研究区下垫面非均质性的考虑。遥感技术以其实时性、区域性的特点为区域蒸散发的估算提供了广阔而便利的平台。本文选用物理意义明确,所需气象观测数据较少的定量遥感蒸散模型SEBS(Surface Energy Balance System),通过建立不同覆被类型的动量粗糙度、零平面位移查找表及近地表气温-地温经验关系模型,对SEBS模型进行优化,使之适用于台湾地区。模型的运行平台为交互式数据语言IDL(Interactive Data Language),遥感影像的处理软件为ENVI(Environment for Visualizing Images)。   数据方面,收集了具有空间代表性的28个气象站的观测数据,通过对多年观测资料的统计分析,验证和得到台湾地区的一些气候、地理要素间的相关关系,为模型参数的精确反演和模拟结果的验证提供了依据;考虑到时间尺度的代表性,分别在2002和2003年4季各选取一晴空代表日。日期分别为:2002/01/11,2002/04/08,2002/07/22,2002/10/15,2003/01/25,2003/04/29,2003/06/30,2003/09/30,借助NASA(National Aeronautics and Space Administration)提供的MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectradiometer)数据对日均实际蒸散发进行模拟,模拟结果分别为:0.89,1.57,1.73,1.17;0.87,1.36,1.35,1.06(单位:mm)。该结果较蒸发皿蒸发量小,与实际相符;空间分布规律与前人模拟的2006年代表日的模拟结果相似,说明研究结果具有一定的可信性。   最后,通过对模拟结果的比较分析,得到以下结论:台湾地区的太阳净辐射量、蒸发比和地表蒸散发量在时间分布上呈现出较好的年内分布规律:1月较小,7月较大;夏秋季较大,春冬季较小。年间,2002年四个典型日的模拟值普遍高于2003年的四个典型日。空间上,高值区位于中部山区,并向东西两侧逐渐降低到沿海地区又略有回升。不同土地覆被类型的模拟蒸散发量分布规律为森林区最大,草地次之,其后是水体,裸地,建地最小;各行政区模拟陆面蒸散发的空间分布呈现城市明显低于县区的规律,其中,北部的宜兰县、南投县和东部的花莲县等地总处于ET高值区,而嘉义市,台中市及台南市等城市则一直处于ET低值区。
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