基于遥感的区域蒸散量监测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于遥感的区域蒸散量监测方法，包括如下的步骤：（１）获取特定区域的多时相多分辨率卫星遥感影像数据；（２）对地面的关键参量进行遥感反演；（３）通过遥感地气交换模型计算地气能量交换过程中每个像元的阻抗；计算出用于加热每个像元上方空气的显热通量，通过能量平衡余项式计算潜热能量，推求有效表面阻抗；（４）运用时间重建技术从瞬时间断的遥感观测中获取完整的植被生长期过程曲线；（５）在逐日尺度上建立表面阻抗模型以获取逐日地表阻抗；（６）反复运用Ｐ－Ｍ模型求得逐日蒸散量，进行时间累计和尺度下推，从而最终确定区域地表蒸散量。通过在多个区域的实测验证，证明本区域蒸散量监测方法行之有效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉及一种利 用遥感图像提供的可见光和热红外信息，结合近地面的气象信息，进行 地表能量平衡计算，并通过适当的时间扩展，最终确定区域地表蒸散量 的方法，属于遥感应用

技术介绍
当前，全球水资源日益匮乏，为了合理利用和分配水资源，迫切需 要深入了解不同植被覆盖和土地利用条件下的蒸发耗水情况。蒸散量包 括植被截流蒸发量、植被蒸腾量、土壤蒸发量和水面蒸发量，是区域水 量平衡和能量平衡的主要成分，不仅在水循环和能量循环过程中具有极 其重要的作用，而且是生态过程与水文过程的重要纽带。因此，准确及 时地获取特定区域的地表蒸散量数据，在农业、水文、森林和生态等领 域都能够发挥十分重要的作用。目前，蒸散量的实地测定方法仍以传统的水文气象学方法为主，主 要包括直接测定下垫面(大气圈以地球的水陆表面为其下界，称为大气 层的下垫面)的失水速率和大气中的水汽传送速率。总的来说，由于下 垫面不均匀的影响，有关测点的测值对大范围内的地表蒸散发状况代表 性不强，且布设测点成本高，难以形成实用的观测网络。相对于传统的水文气象学方法，通过遥感数据监测地表蒸散的方法 具有空间上连续和时间动态变化的特点。遥感数据的多光谱信息能够提 供与地表能量平衡过程和地表覆盖状况密切相关的参数。用遥感手段进 行区域尺度下非均匀下垫面的蒸散发估算，已经成为遥感应用领域的重 要研究方向。目前，在区域尺度下估算地表蒸散主要有两种方法 一是使用遥感 表面辐射温度结合气温以及系列阻抗公式求取显热，通过能量平衡余项 表示蒸散；二是在联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的Penman-Monteith 模型(简称为P-M模型)的基础上，用地温一植被指数或其他方式来推 算P-M模型中的表面阻抗，直接进行蒸散计算。 一般认为，前者精度较4高而后者因其参数较为简单而易于应用。受云或其它大气因素的影响， 遥感在非晴好天气时无法获得可用的可见光和热红外数据，所获得的陆 面参数实际上是不连续的，因此要充分利用遥感晴好数据和气象观测数 据。但是，通过遥感数据监测地表蒸散毕竟是一种间接的蒸发测量方法， 涉及的环节较多、数据量大，而且还存在一些实际的技术问题需要解决， 例如如何获得空间上一致时间上连续的遥感数据，如何使遥感数据提供 计算方法和模型所需要的计算参数，如何通过对中间过程的监控以及结合地面数据进行模型的标定以减少不确定误差等。因此，现有的蒸散量遥感定量化监测技术仍需要进一步加以改进。
技术实现思路
本专利技术提供了一种。该方法利用多 时相的可见光/热红外遥感数据及每日常规气象数据建立了区域尺度上陆 面蒸散量监测的数据处理链，从而实现了区域蒸散量的运行性遥感监测。为实现上述的目的，本专利技术采用下述的技术方案一种，其特征在于包括如下的步骤(1) 获取特定区域的多时相多分辨率卫星遥感影像数据；(2) 对地面的关键参量进行遥感反演；(3) 通过遥感地气交换模型计算地气能量交换过程中每个像元的阻 抗，并结合气象要素计算每个像元的地气温差，计算出用于加热每个像 元上方空气的显热通量，通过能量平衡余项式计算潜热能量，并由Penman-Monteith模型推求逐日有效的表面阻抗；(4) 运用时间重建技术从瞬时间断的遥感观测中获取完整的植被生 长期过程曲线；(5) 在逐日尺度上建立表面阻抗模型以获取逐日的地表阻抗；(6) 反复运用Penman-Monteith模型求得逐日蒸散量，由此进行时间累计和尺度下推，最终确定区域地表蒸散量。其中，所述步骤(l)中，将ASTER/TM和AVHRR/MODIS作为卫星遥感影像数据源。所述步骤(2)中，所述关键参量至少包括地表反照率、净辐射量、地 表温度、植被覆盖度、叶面指数和动量粗糙度。在计算所述净辐射量时，直射辐射的系数为0.45,散射辐射的系数5为0.1。在计算所述动量粗糙度时，分别对植被、地形起伏、非植被覆盖表 面下的几何粗糙度进行加权以便获得所述动量粗糙度。所述步骤(3)中，使用叶面指数进行植被与裸地的分类。 所述步骤(4)中，在获取全年晴好日的叶面指数的基础上，通过时间序列谐波分析谐函数分解方法得到逐日的叶面指数影像。所述步骤(4)中，在植被生长期过程曲线中首先舍弃云噪声影响的异值点。所述步骤(5)中，首先在预定时间段中选择一幅具有代表性的高分辨 率蒸散量图像；如果没有具有代表性的高分辨率蒸散量图像，就从植被 覆盖情况相似的邻近时间段中选取；如果无法确定具有代表性的高分辨 率蒸散量图像，就选择前后相邻的图像，按照时间距离进行加权，形成 该时间段的具有代表性的高分辨率蒸散量图像。本区域蒸散量监测方法是一种基于多尺度、多分辨率的蒸散量遥感 定量化监测方法。与现有技术相比，具有以下优点1) 充分利用地面和高空气象数据，描述了边界层地气交换的特征参 数。在应用地表能量平衡模型时，提高了模型的精度，从而提高了下垫 面表面阻抗的准确性。2) 将微观尺度的SEBAL与宏观尺度的SEBS模型相结合，发挥了模 型各自的特点，在遥感数据源的时空分辨率上取得了良好的平衡3) 遥感模型常常因为天气状况无法获取清晰的图像而造成数据缺 失。本方法强化了遥感应用中的时间尺度扩展方法，将遥感反演得到的 表面阻抗参数和气象参数输入到P-M模型，将逐日的气象数据与间断的 遥感数据结合起来，最终获得逐日连续的蒸散产品，提供的遥感蒸散数 据能同时反映出研究区的蒸散发时空分布规律，具有重大的应用价值。 附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。 图1为本专利技术所提供的的基本流程 示意图2 (a)为2003年5月18日的叶面指数LAI直方图，图2 (b)为 2003年5月18日的植被指数NDVI直方图，图2 (c)为2003年8月14日的叶面指数LA1直方图，图2(d)为2003年8月14日的植被指数NDVI 直方图3 (a)为2002年5月23日的叶面指数LAI直方图，图3 (b)为 2002年5月23日的植被指数NDVI直方图，图3 (c)为2003年5月31 日的叶面指数LAI直方图，图3(d)为2003年5月31日的植被指数NDVI 直方图。 具体实施例方式一般而言，实用化的地表蒸散量估算方法需要进行如下的工作对 地表参数进行遥感反演；进行地表阻抗模型的选取、优化；对蒸散估算 结果在空间和时间尺度上的扩展等。这些工作在本专利技术中都有自己的特 色。下面结合图I，对本专利技术所提供的展 开详细的说明。一. 获取特定区域的多时相多分辨率卫星遥感影像数据 在本专利技术中，推荐使用ASTER/TM (先进空间热辐射反射辐射计/美国陆地卫星专题制图仪)和AVHRR/MODIS (改进型甚高分辨率辐射仪/ 中分辨率航天成像光谱仪)作为卫星遥感影像数据源。这主要是考虑到 所使用的遥感信息源需同时具有可见光、近红外和热红外波段来提供植 被和热辐射的信息。AVHRR/MODIS数据具有多光谱特征，时间分辨率 为1天，具有两个热红外波段。ASTER/ TM的时间分辨率为26天和16 天，也具有热红外波段。尽管提供AVHRR/MODIS数据的NOAA气象卫星每日都过境，但是 受天气和云遮掩的影响，使得可以用于蒸散量估算的MODIS景数受到极 大限制。在云量多且云层厚的条本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于遥感的区域蒸散量监测方法，其特征在于包括如下的步骤：　（１）获取特定区域的多时相多分辨率卫星遥感影像数据；　（２）对地面的关键参量进行遥感反演；　（３）通过遥感地气交换模型计算地气能量交换过程中每个像元的阻抗，并结 合气象要素计算每个像元的地气温差，计算出用于加热每个像元上方空气的显热通量，通过能量平衡余项式计算潜热能量，并由Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ模型推求逐日有效的表面阻抗；　（４）运用时间重建技术从瞬时间断的遥感观测中获取完整的植被生长 期过程曲线；　（５）在逐日尺度上建立表面阻抗模型以获取逐日的地表阻抗；　（６）反复运用Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ模型求得逐日蒸散量，由此进行时间累计和尺度下推，最终确定区域地表蒸散量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴炳方，熊隽，闫娜娜，
申请(专利权)人：北京天宏金睛信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]