基于遥感地表温度与植被盖度两阶段空间探测地表蒸散的方法_2

文档序号:9863367阅读:来源:国知局
植被表面,Lv通过式13确定:
[005引 WTsmax = Tvmax = Ta为初始条件,利用迭代方式,通过上述式2-式15计算得到新的 Tsmax和T/ax值,判断新值和旧值之间的差异,设置判断阔值(0.001K),当差异大于阔值时,用 新值代替旧值,继续迭代计算;当小于阔值时,输出最终结果的Tsmax和TVmax值。
[0059] 计算得到最终结果的Tsmax和TVmax值后,得到干边的数学式,如式16所示:
[0060] LST = (T/ax-Ts丽)X f v+Ts丽(式 16)
[0061 ]式16中,T/aX-Tsmax表示干边的斜率;Tsmax表示干边的截距;fv为植被覆盖度。
[0062] 优选地,在步骤3中,将所示地表溫度与植被盖度的两阶段特征空间分为上Ξ角形 ABC、下Ξ角形ACD;地表溫度与植被盖度的散点如位于下Ξ角形ABC之中,则为P点,地表溫 度与植被盖度的散点如位于上Ξ角形ACD之中,则为P'点;
[0063] 对于P点,植被组分溫度(Tv)和裸±组分溫度(Ts)通过式17确定:
[0064]
[0065] 式17中,0P和ON分别代表0点到P点W及0点到N点的垂直距离,0P/0N通过式18计 算:
[0066]
[0067]式18中,LST代表P点的地表溫度;
[006引对于P'点,Tv和Ts通过式19确定:
[0069]
[0070] 式19中,MP/和M0分别代表Μ点到P'点W及Μ点至IjO点的垂直距离,MPVMO可通过式 20计算:
[0071]
[0072] 式20中,LST/代表P'点的地表溫度;
[0073] 其中0点为地表溫度与植被盖度两阶空间的原点。
[0074] 优选地,如果地表溫度与植被盖度的散点位于下Ξ角形ABC空间内,即为P点,那么 其所对应的裸±组分的蒸发比化Fs)和植被组分的蒸发比巧Fv)可通过式23计算:
[0075]
[0076] 式23中,0P/0N通过式18计算;
[0077] 如果地表溫度与植被盖度的散点位于上Ξ角形ACD空间内,即为P'点,那么其所对 应的裸±组分的蒸发比化Fs)和植被组分的蒸发比巧Fv)可通过式24计算:
[007引
[0079] 式24中,MP' /MO通过式20计算;
[0080] 其中,Δ为饱和蒸汽压曲线在某空气溫度处的斜率;丫为湿度计常数;
[0081] Δ/( Δ +丫)与近地表气溫密切相关,采取式22确定:
[0082]
[0083] 优选地,在步骤5中,植被组分的可利用能量Qv和裸±组分的可利用能量Qs,可通过 式25计算:
[0084]
[0085] 优选地,在步骤6中,植被蒸腾通过植被蒸腾潜热通量化Εν)表现,植被蒸腾潜热通 量LEv通过式26计算:
[0086] LEv=EFvXQv (式 26)
[0087] ±壤蒸发通过±壤蒸发潜热通量(LEs)表示,±壤蒸发潜热通量LEs通过式27计算:
[008引 L広= EFsXQs (式 27)
[0089] 地表蒸散通过地表蒸散潜热通量化E)表现,地表蒸散潜热通量化E)通过式28计 算:
[0090] LE = fvXLEv+(l-fv)XLEs (式 28)。
[0091] 本发明构建的地表蒸散探测方法,基于地表溫度与植被盖度的两阶段特征空间模 式(如图1(b)所示),兼顾了植被与裸±福射溫度存在的响应速度和响应程度差异,可W提 高植被和裸±组分溫度的反演精度,并进一步改善地表蒸散的监测效果,有望为农作物灌 概需水量估算、农业干旱监测、农作物产量预测等应用需求,提供更为精确的地表蒸散估算 及其分离的方法模型,也有助于提高我国定量遥感的水平、支撑相关领域的科学研究进展。
【附图说明】
[0092] 图1. (a)地表溫度与植被盖度的传统特征空间模式;(b)地表溫度与植被盖度的两 阶段特征空间模式
[0093] 图2.利用地表溫度与植被盖度两阶段特征空间进行地表参数反演
[0094] 图3.满动相关仪观测站空间分布
[00M]图4.遥感估算EF与实测EF的散点图比较,图中(a)~(f)分别对应于7、10~14等六 个满动相关观测站
[0096] 图5.遥感估算EF与实测EF的时序比较,图中(a)~(f)分别对应于7、10~14等六个 满动相关观测站,D0Y为天数,年份为2012
[0097] 图6.不同初始场景下MTME模型计算的LST-SVI理论特征空间,(a)场景1,(b)场景2 [009引图7.当P点在Ξ角形ABCW内时,MTME模型对输入参数的敏感性
[0099] 图8.当P点在Ξ角形ACDW内时,MTME模型对输入参数的敏感性
[0100] 图9.本发明方法的流程图
【具体实施方式】
[0101] -种基于地表溫度与植被盖度两阶段特征空间探测地表蒸散的方法,其特征在于 包含W下功能或步骤:
[0102] A、利用遥感数据产品获取地表溫度和植被盖度
[0103] WM0DIS遥感数据产品为例,首先根据M0DIS产品的质量文件,通过十进制向二进 制的转换功能,实现低质量和无效的M0DIS地表溫度化ST)和植被指数(NDVI)数据的自动过 滤。然后利用数据产品转换公式,获取地表溫度和植被指数,最后利用植被指数通过下式计 算植被覆盖度(fv):
[0104]
[0105] 式中,NDVImin对应于裸±;NDVImax对应于全覆盖植被,两者的取值分别设为0.2和 0.86。
[0106] B、构建地表溫度与植被盖度两阶段特征空间
[0107] 地表溫度与植被盖度两阶段特征空间是由代表地表溫度变化的纵轴和代表植被 盖度变化的横轴所组成的二维散点图,该散点图被抽象为由上下两个共边Ξ角形组成的梯 形,每个Ξ角形均由一组从底部到顶部逐渐干燥的±壤湿度等值线组成,下Ξ角形反映表 层±壤湿度的变异,上Ξ角形则反映植被根层±壤湿度的变异;两阶段特征空间边界由四 个特征顶点组成,即裸±覆盖地表潜热最小/感热最大、裸±覆盖地表潜热最大/感热最小、 植被全覆盖地表潜热最大/感热最小、W及植被全覆盖地表潜热最小/感热最大。通过在地 表能量平衡方程式中,设置一些极值状态,求解两阶段特征空间的理论边界。
[0108] 地表溫度与植被盖度两阶段特征空间是由代表地表溫度变化的纵轴和代表植被 盖度变化的横轴所组成的二维散点图,该散点图的边界轮廓形似为一个倾斜的梯形,其内 部是由上下两个共边Ξ角形组成,每一个Ξ角形内部均由一组渐变的上壤湿度等值线组 成,从底部到顶部代表±壤湿度越来越干燥,下Ξ角形反映表层±壤湿度的变异,上Ξ角形 则反映植被根层±壤湿度的变异。两阶段特征空间边界由4个特征顶点组成,分别代表地表 能量平衡中的一些极值状态,即裸±覆盖地表潜热最小/感热最大(A点)、裸±覆盖地表潜 热最大/感热最小(B点)、植被全覆盖地表潜热最大/感热最小(C点)、W及植被全覆盖地表 潜热最小/感热最大(D点)等4种极值状态。BC的连线定义为湿边,代表地表蒸散达到潜在最 大状态。AD的连线定义为干边,代表地表蒸散达到理论最小。AC的连线为两阶段特征空间的 分界线,代表上壤蒸发为理论最小而植被蒸腾为潜在最大。从CB到CA,一组围绕C点逐渐抬 升的±壤湿度等值线构成两阶段特征空间的下Ξ角形ABC。从AC到AD,一组围绕A点逐渐抬 升的±壤湿度等值线构成两阶段特征空间的上Ξ角形ACD。
[0109] 由于湿边代表地表蒸散达到潜在最大状态,根据能量平衡方程,湿边对应的地表 溫度接近于近地表气溫Ta。因此,地表溫度与植被盖度两阶段特征空间的湿边BC为一水平 直线,其对应的地表溫度等于Ta,Ta由气象站实测得到。
[0110] 地表溫度与植被盖度两阶段特征空间的干边,为一倾斜直线。对于位于干边上的 裸±,裸±表面溫度Tsmax通过下式计算:
[0111] asX(Ts丽)4+bsX(Ts丽)3+CsX(Ts丽)2+山 X(Ts胞x)+es = 0 (式2)
[0112] 式中的系数设置如下:
[0113]
[0114] 式中,as~es为针对裸±的3~e等系数;Es为裸±发射率(取0.95);〇为斯蒂芬-玻 尔兹曼常数(5.67 Χ10-8 W · nfi · ΙΓ4);Ρ为空气密度(1.293kg · πΓ3) ;cp为空气的质量定压 热容(1005.0J · kg^ · ITi) 为裸±表面的空气动力学阻抗;11为±壤热通量与地表净福 射通量的比值(取0.35); Ea为大气的比福射率;as为裸±表面反照率(取0.3) ;Sd代表下行太 阳短波福射,由气象站实测得到。
[0115] 对于位于干边上的植被,植被表面溫度T/ax,通过下式计算:
[011
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