遙感蒸散發模型魯棒性及其參照乾濕限機理研究

《遙感蒸散發模型魯棒性及其參照乾濕限機理研究》是依託清華大學，由王忠靜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：遙感蒸散發模型魯棒性及其參照乾濕限機理研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：王忠靜
• 項目類別：面上項目

項目摘要

利用遙感技術反演陸面實際蒸散發，是近年全球變化和陸面過程研究的熱點之一。因其具有對區域尺度實際蒸發的監測能力，在流域水循環與水管理中得到積極回響。然而，通過對國內外利用遙感蒸散發模型反演陸面蒸發實踐的跟蹤發現，常用的模型存在空間歧義性問題，造成反演結果的高不穩定性。本申請將系統研究遙感蒸散發模型的發展歷程及其反演蒸散發的原理，分析空間歧義性的形成機理；從變相對乾濕限到絕對乾濕限的學術思想出發，提出參照乾濕限概念；提出區域參照乾濕限與區域氣候和土壤背景場信息嚴格相關的假定並推導求解，以消除傳統模型乾濕限選定的不確定性所導致空間歧義性的缺陷；綜合採用數值模擬、試驗觀測和遙感同化等方法從多角度研究和驗證參照乾濕限中可用能量分配機制和關鍵參數；以廣泛套用的SEBAL、Ts/VI等模型基礎，發展基於參照乾濕限理論的新一代遙感蒸散發模型，提高遙感蒸散發模型反演結果的準確性和穩定性。

結題摘要

蒸散發是水文循環的關鍵環節，傳統的觀測手段通常局限於點尺度。遙感技術能連續動態地獲得一定時空解析度的地表參數信息，為獲得空間分布的區域蒸散發信息提供可能。由於間接觀測、模型假定及參數化的經驗性等原因，基於遙感技術的蒸散發反演結果的精度一直受到關注，影響其在相關水文水資源研究及套用領域的發展。針對以上問題，本研究圍繞遙感蒸散發模型的魯棒性開展研究，以獲得更為可靠的遙感蒸散發反演方法及數據。 分析表明，蒸散發反演結果的不穩定性主要是反演方法的空間歧義性導致的。圍繞該問題，本研究提出參照乾濕限的概念及相關假設以克服空間歧義性問題，並給出參照乾濕限地表溫度的推導求解過程，結合數值模擬和試驗觀測手段，驗證了參照裸土乾限和參照裸土濕限的可用能量分配假設及其關鍵參數取值的合理性。針對傳統遙感蒸散發模型特徵空間邊界確定存在較大經驗性的問題，利用參照乾濕限對特徵空間邊界進行糾正，並利用兩種方法插值估算實際蒸散發。利用站點數據對其進行驗證，同時將結果與其他研究者相關成果進行對比，結果表明，利用參照乾濕限重新確定特徵空間邊界後，蒸散發反演精度在可接受範圍之內。針對SEBAL模型乾濕限像元選取存在較大不確定性的問題，基於參照乾濕限提出遙感蒸散發模型REDRAW。驗證結果表明，REDRAW在偏乾旱和偏濕潤地區都較SEBAL有更高的可靠性。基於參照乾濕限提出地表溫度空間降尺度的梯形法，嘗試解決地表溫度空間降尺度常用方法在植被指數變化範圍較小時可能會失效的問題。兩個地區的降尺度試驗表明，梯形法在不同植被指數條件下都具有一定可靠性。針對參照乾濕限的魯棒性，系統梳理已有蒸散發模型研究中的阻抗參數化方案，對歸納出的可用於遙感蒸散發模型的方案進行了參照乾濕限理論推導及蒸散發反演值的影響分析。最後，針對已有參照乾濕限算法參數化方案的不足，分別從變化梯形特徵空間、變化參照植被高度、雙源阻抗模式三個角度探索了理想參照乾濕限算法，並套用於遙感蒸散發模型中。