一种估算绿洲农田晴空太阳辐射的方法及装置与流程

本发明涉及太阳辐射
技术领域：
，特别涉及一种估算绿洲农田晴空太阳辐射的方法及装置。
背景技术：
：从太阳发出的短波辐射没有全部到达地表，其中有相当一部分在经过大气传输的过程中，被云层、大气中的不同分子和气溶胶颗粒反射、散射或者吸收。大气中的水汽和低云等组分以及地表在吸收了太阳辐射以后开始向上发射长波辐射。地表净辐射(Rn)是地表长、短波辐射的输入量和输出量的总和，代表着地表能量吸收、反射和散射的平衡。它作为热源，提供地表、贴地大气层的增温或降温及蒸发、蒸腾的耗热，直接影响到人类及生物生存空间的温度环境、湿度环境和光环境。地表净辐射的时空分布规律是近地层空气和耕层土壤温度变化的直接原因，在确定农业微气象特征、农田蒸散、植物生长发育过程、生物量的形成与累计等方面具有重要意义，特别是农田蒸散的估算中必不可少。作为驱动大气运动的主要能量来源，地表净辐射控制着进入大气的感热通量和潜热通量，地表不同的热量和水分条件可形成不同的生态系统。然而，地表净辐射数据受到技术和经费的限制很难直接监测到，即使可以通过气象站点进行监测，但也通常只能代表较小的区域，代表不了区域的空间变化特征。因此，许多研究者将他们的研究集中在区域尺度对地表净辐射进行估算。为了能将地表净辐射的分布进行空间制图，结合遥感影像数据和地表、大气数据是很有必要的。主要是通过从卫星数据获得的反射率、发射率和地表温度数据来进行建模。瞬时净辐射可根据以下公式来计算：Rni＝Rs↓i(1-α)+εRl↓i-εσTsi4(1)其中，Rs↓是下行短波辐射，单位为Wm-2，α是地表反照率(α＝Rs↑/Rs↓，Rs↑是上行短波辐射)，ε是地表发射率，Rl↓是下行长波辐射，单位为Wm-2，σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数，单位为Wm-2K-4，Ts为地表温度，单位为K。在上述公式，所有下标i代表瞬时时间值。通常，α、ε和Ts可以通过卫星数据的方法获得，而Rs↓和Rl↓可以通过地表测量或建模来估算。如果公式(1)可行，那么对地表净辐射进行精确的区域制图也有了可能性。然而，这些结果只能反映卫星过境时的瞬时结果，而绿洲农业应用(如估算蒸散量)一般需要日均净辐射(Rnd)或白天净辐射(RnD)，二者也通称为昼夜净辐射。从这个意义上讲，能够计算日均净辐射(Rnd)和白天净辐射(RnD)，甚至昼夜净辐射的模型和方法就少之又少了。首先，日均净辐射可根据下式求出：Rnd=CdRni=[RndRni]localRni---(2)]]>其中，Cd是日均净辐射Rnd和瞬时净辐射Rni之间的比值，可以从地面获取的净辐射数据计算得到。Cd值随着时间、日期、或站点纬度的变化而变化，但与植被类型无关，因此对于每幅影像而言可以看做是一个确定的值。如图1所示，为利用卫星数据计算日均净辐射Rnd的模拟图。从图1中可以看出，在估计每日净辐射的过程中，尽管Cd不变，但Rnd和Rni在每个像素中的值完全不同，由于常规气象站缺乏净辐射数据，这种方法的应用受到很大的限制。因此，有学者又提出了一些估算Cd的方法。SeguinandItier(1983)分析了晴天的夏季白天Cd的变化范围。从三年的数据分析中，考虑到中午瞬时值(12：00太阳时)，他们认为Cd的值为0.30±0.03。该值之后被广泛的应用在许多研究中，但在使用的过程中忽略了地域性和季节特征。对于未在夏季中午获取的瞬时值，Cd的比值就需要重新计算。为了能绘制全年的Rnd图，Rivas和Carmona(2013)提出了使用线性方程的方法。从2007年3月和2009年12月三年间在坦迪尔(37°19'S，59°05'W)获取的净辐射测量数据结果分析，证明净辐射通量的比值随年份而变，可以认为Cd＝0.43-54/Rni，其中Rni从卫星数据估计瞬时净辐射。同时，Sobrino等(2007)使用位于伊比利亚半岛(39°21'S，0°19'W)厄尔尼诺萨勒地区气象观测站测得的净辐射通量数据，发现了Cd比值与年中不同时间的日辐射值之间的关系，提出了一个二次多项式方程来计算Cd值。另一方面，一些研究人员认为只需要考虑白天的数据作为蒸发、蒸腾等活动的主要驱动力。RnD可根据如下方程获得：RnD=CDRni=[RnDRni]localRni---(3)]]>其中，CD是白天净辐射与瞬时净辐射之间的比值。Samani等(2005)假定在白天期间接收的净辐射与短波太阳辐射是成正比的，提出CD是下行短波辐射日均值与瞬时值的比值。他使用了2007年新墨西哥州(32°36'N，106°41'W)的观测数据证明了他的假设。其中，瞬时辐射值的取值时间是山地标准时间上午11点。在某些情况下，由于瞬时值与日平均气温之间的差异，导致高估了RnD值，因此，不得不构建新的公式来估算RnD值。此外，Bisht等人(2005)提出了一个正弦模型来估算日均净辐射和昼夜净辐射。正弦模型的优势就是只需要卫星观测数据(Terra-MODIS)来重建晴空昼夜变化模型，并利用地面数据进行验证，这是一个很好的方法。然而，反演得到的昼夜净辐射和日均净辐射都被高估，所有的结果都存在明显的误差。总之，当净辐射无法测量时，现有的模型都受到绿洲农田区位置、日期和卫星过境时间的限制，很难满足现有的各种需求。因此迫切的需要有一个利用卫星数据来估算绿洲农田净辐射的通用模型，并利用该模型实现净辐射的快速反演。技术实现要素：本发明实施例的主要目的在于提出一种估算绿洲农田晴空太阳辐射的方法及装置，本技术方案通过地面测量数据和卫星数据估算昼夜净辐射的新模式，构建区域净辐射估算的通用物理模型，从而满足现有的各种需求。为实现上述目的，本发明提供了一种估算绿洲农田晴空太阳辐射的方法，包括：基于绿洲农田范围内的基准参考表面，利用可见光和近红外波段，确定地表反照率αref和地表反射率εref；利用热红外波段确定地表温度Ts，基于绿洲农田范围内的基准参考表面内，认定地表温度Ts与空气温度Ta相等，获得白天空气温度Tad、时刻t2的空气温度卫星过境时的时刻t1的空气温度以及卫星过境时的瞬时时刻i的空气温度Tai；利用地面实测数据，获得白天下行短波辐射Rs↓d、白天下行长波辐射Rl↓d、时刻t2的下行短波辐射卫星过境时的时刻t1的下行短波辐射时刻t2的下行长波辐射卫星过境时的时刻t1的下行长波辐射卫星过境时的瞬时时刻i的下行短波辐射Rs↓i、卫星过境时的瞬时时刻i的下行长波辐射Rl↓i；利用所述地表反照率αref、所述地表发射率εref、所述白天下行短波辐射Rs↓d、所述白天下行长波辐射Rl↓d、所述白天空气温度Tad、所述时刻t2的空气温度所述卫星过境时的时刻t1的空气温度所述卫星过境时的瞬时时刻i的空气温度Tai、所述卫星过境时的瞬时时刻i的下行短波辐射Rs↓i、时刻t2的下行短波辐射卫星过境时的瞬时时刻i的下行短波辐射时刻t2的下行长波辐射卫星过境时的时刻t1的下行长波辐射确定净辐射通量Rni、日均净辐射和瞬时净辐射之间的比值Cd、白天净辐射和瞬时净辐射之间的比值CD以及时刻t2的瞬时净辐射与卫星过境时的时刻t1的瞬时净辐射之间的比值根据净辐射通量Rni、日均净辐射和瞬时净辐射之间的比值Cd、白天净辐射和瞬时净辐射之间的比值CD以及时刻t2的瞬时净辐射与卫星过境时的时刻t1的瞬时净辐射之间的比值确定日均净辐射Rnd、白天净辐射RnD以及任一时间点净辐射优选地，所述日均净辐射Rnd的表达式为：Rnd=[(1-αref)Rs↓d+ϵref(Rl↓d-σTa4d)(1-αref)Rs↓i+ϵref(Rl↓i-σTa4i)]Rni]]>式中，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，单位是Wm-2K-4；净辐射通量Rni的表达式为：Rni＝Rs↓i(1-αref)+εrefRl↓i-εrefσTai4。优选地，所述白天净辐射RnD的表达式为：RnD=[(1-αref)Rs↓d+ϵref(Rl↓d-σTa4d)(N/24)(1-αref)Rs↓i+ϵref(Rl↓i-σTa4i)]Rni]]>式中，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，单位是Wm-2K-4；N为日照时间或白天时长的最大值，其中，ωs是弧度日落时角，φ是纬度，δ是太阳赤纬；DOY为一年中的某一天；净辐射通量Rni的表达式为：Rni＝Rs↓i(1-αref)+εrefRl↓i-εrefσTai4。优选地，所述任一时间点净辐射的表达式为：式中，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，单位是Wm-2K-4；t1时刻的净辐射通过净辐射通量Rni确定，净辐射通量Rni的表达式为：Rni＝Rs↓i(1-αref)+εrefRl↓i-εrefσTai4；将净辐射通量Rni的表达式中的i取t1时即为t1时刻的净辐射对应地，为实现上述目的，本发明提供了一种估算绿洲农田晴空太阳辐射的装置，包括：地表反照率和地表反射率确定单元，用于基于绿洲农田范围内的基准参考表面，利用可见光和近红外波段，确定地表反照率αref和地表反射率εref；地表温度和空气温度确定单元，用于利用热红外波段确定地表温度Ts，基于绿洲农田范围内的基准参考表面内，认定地表温度Ts与空气温度Ta相等，获得白天空气温度Tad、时刻t2的空气温度卫星过境时的时刻t1的空气温度卫星过境时的瞬时时刻i的空气温度Tai以及卫星过境时的瞬时时刻i的地表温度Tsi；短波辐射和长波辐射确定单元，用于利用地面实测数据，获得白天下行短波辐射Rs↓d、白天下行长波辐射Rl↓d、时刻t2的下行短波辐射卫星过境时的时刻t1的下行短波辐射时刻t2的下行长波辐射卫星过境时的时刻t1的下行长波辐射卫星过境时的瞬时时刻i的下行短波辐射Rs↓i、卫星过境时的瞬时时刻i的下行长波辐射Rl↓i；计算单元，用于利用所述地表反照率αref、所述地表发射率εref、所述白天下行短波辐射Rs↓d、所述白天下行长波辐射Rl↓d、所述白天空气温度Tad、所述时刻t2的空气温度所述卫星过境时的时刻t1的空气温度所述卫星过境时的瞬时时刻i的空气温度Tai、所述卫星过境时的瞬时时刻i的下行短波辐射Rs↓i、时刻t2的下行短波辐射卫星过境时的瞬时时刻i的下行短波辐射时刻t2的下行长波辐射卫星过境时的时刻t1的下行长波辐射确定净辐射通量Rni、日均净辐射和瞬时净辐射之间的比值Cd、白天净辐射和瞬时净辐射之间的比值CD以及时刻t2的瞬时净辐射与卫星过境时的时刻t1的瞬时净辐射之间的比值辐射确定单元，用于根据净辐射通量Rni、日均净辐射和瞬时净辐射之间的比值Cd、白天净辐射和瞬时净辐射之间的比值CD以及时刻t2的瞬时净辐射与卫星过境时的时刻t1的瞬时净辐射之间的比值确定日均净辐射Rnd、白天净辐射RnD以及任一时间点净辐射优选地，所述辐射确定单元确定的日均净辐射Rnd的表达式为：Rnd=[(1-αref)Rs↓d+ϵref(Rl↓d-σTa4d)(1-αref)Rs↓i+ϵref(Rl↓i-σTa4i)]Rni]]>式中，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，单位是Wm-2K-4；净辐射通量Rni的表达式为：Rni＝Rs↓i(1-αref)+εrefRl↓i-εrefσTai4。优选地，所述辐射确定单元确定的白天净辐射RnD的表达式为：RnD=[(1-αref)Rs↓d+ϵref(Rl↓d-σTa4d)(N/24)(1-αref)Rs↓i+ϵref(Rl↓i-σTa4i)]Rni]]>式中，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，单位是Wm-2K-4；N为日照时间或白天时长的最大值，其中，ωs是弧度日落时角，φ是纬度，δ是太阳赤纬；DOY为一年中的某一天；净辐射通量Rni的表达式为：Rni＝Rs↓i(1-αref)+εrefRl↓i-εrefσTai4。优选地，所述辐射确定单元确定的任一时间点净辐射的表达式为：Rnt2=Rnt1[(1-αref)Rs↓t2+ϵref(Rl↓t2-σTa4t2)(1-αref)Rs↓t1+ϵref(Rl↓t1-σTa4t1)]]]>式中，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，单位是Wm-2K-4；t1时刻的净辐射通过净辐射通量Rni确定，净辐射通量Rni的表达式为：Rni＝Rs↓i(1-αref)+εrefRl↓i-εrefσTai4；将净辐射通量Rni的表达式中的i取t1时即为t1时刻的净辐射上述技术方案具有如下有益效果：本技术方案使用了来自TM传感器(陆地卫星7)获得的影像和辅助气象数据来估算太阳净辐射，这对绿洲农田蒸散模型的应用至关重要，该方法不局限于纬度，日期，或卫星过境时间。因此，只要通过卫星影像的可见光，红外和热红外波段获得瞬时净辐射，本发明所提出的模型就可以应用于过去，现在或未来。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为利用卫星数据计算日均净辐射Rnd的模拟图；图2为本发明提出的一种估算绿洲农田晴空太阳辐射的方法流程图；图3为日均净辐射和瞬时净辐射之间的比值Cd的估算方法示意图；图4为本发明提出的一种估算绿洲农田晴空太阳辐射的装置框图；图5为本实施例的实验区示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本领域技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。根据本发明的实施方式，提出了一种估算绿洲农田晴空太阳辐射的方法及装置。在本文中，需要理解的是，所涉及的术语中：1、太阳辐射：太阳以电磁波的形式向外传递能量，称太阳辐射(solarradiation)，是指太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。太阳辐射所传递的能量，称太阳辐射能。太阳辐射能按波长的分布称太阳辐射光谱。2、地面净辐射：将地面的短波辐射和长波辐射的收入与支出相抵后，地表的净收入或净支出的辐射量就是地面净辐射(也称为地表辐射平衡)。3、短波辐射：波长短于3μm的电磁辐射。4、长波辐射：大气发射的能量主要集中在4μm-120μm波长范围内的辐射。5、直接辐射：来自辐射源方向的未经散射和反射的辐射。此外，附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。如图2所示，为本发明提出的一种估算绿洲农田晴空太阳辐射的方法流程图。包括：步骤201)：基于绿洲农田范围内的基准参考表面，利用可见光和近红外波段，确定地表反照率αref和地表反射率εref；本技术方案的地表反照率α使用整合后的计算方法：α＝0.356ρ1S+0.130ρ3S+0.373ρ4S+0.085ρ5S+0.072ρ7S(17)其中，ρλS是λ波段的地表反射率。用到的可见光和红外波段的影像使用了暗物质像元的大气校正法进行了校正。因此，地表反射率使用下面的公式：ρλS=π(LλSAT-LλP)τλv(Eλ0d-2cosθZτλZ+Eλdown)---(18)]]>其中，LλSAT是卫星辐射率数据(Wm-2sr-1μm-1)，LλP是程辐射数据(Wm-2sr-1μm-1)，Eλ0是大气外太阳辐照度数据(Wm-2μm-1)，d为日地距离，θZ是太阳天顶角，τλv是目标与传感器方向的大气透射率数据，τλZ是在光照方向的大气透射率，Eλdown是下行漫辐射数据(Wm-2μm-1)。本技术方案通过植被覆盖度Pv以及通过土壤和植被发射率分量εs和εv来估算地表发射率。ε＝εvPv+εs(1-Pv)(1-1.74Pv)+1.7372Pv(1-Pv)(19)其中，根据Rubio，Caselles，andBadenas(1997)等人的研究，εv＝0.985，εs＝0.960。植被覆盖度Pv通过以下公式计算：Pv=(NDVI-NDVIminNDVImax-NDVImin)2---(20)]]>其中，NDVImax和NDVImin对应为植被区和无植被区的NDVI值。NDVI的计算使用了第4波段(0.630–0.680μm)和第5波段(0.845–0.885μm)计算得到。步骤202)：利用热红外波段确定地表温度Ts，基于绿洲农田范围内的基准参考表面内，认定地表温度Ts与空气温度Ta相等，获得白天空气温度Tad、时刻t2的空气温度卫星过境时的时刻t1的空气温度以及卫星过境时的瞬时时刻i的空气温度Tai；地表温度Ts使用辐射传输方程计算：B(T)=[((L6SAT-Latm↑)τ)-(1-ϵ)Latm↑]ϵ-1---(21)]]>其中，B(T)(Wm-2sr-1μm-1)是Ts(K)的普朗克方程，是大气观察方向的上行天空辐射，是下行天空辐照度除以π(假定朗伯面)，τ是大气透射率。这些大气参数分别通过MODTRAN4.0代码来计算得到。步骤203)：利用地面实测数据，获得白天下行短波辐射Rs↓d、白天下行长波辐射Rl↓d、时刻t2的下行短波辐射卫星过境时的时刻t1的下行短波辐射时刻t2的下行长波辐射卫星过境时的时刻t1的下行长波辐射卫星过境时的瞬时时刻i的下行短波辐射Rs↓i、卫星过境时的瞬时时刻i的下行长波辐射Rl↓i；步骤204)：利用所述地表反照率αref、所述地表发射率εref、所述白天下行短波辐射Rs↓d、所述白天下行长波辐射Rl↓d、所述白天空气温度Tad、所述时刻t2的空气温度所述卫星过境时的时刻t1的空气温度所述卫星过境时的瞬时时刻i的空气温度Tai、所述卫星过境时的瞬时时刻i的下行短波辐射Rs↓i、时刻t2的下行短波辐射卫星过境时的瞬时时刻i的下行短波辐射时刻t2的下行长波辐射卫星过境时的时刻t1的下行长波辐射确定净辐射通量Rni、日均净辐射和瞬时净辐射之间的比值Cd、白天净辐射和瞬时净辐射之间的比值CD以及时刻t2的瞬时净辐射与卫星过境时的时刻t1的瞬时净辐射之间的比值步骤205)：根据净辐射通量Rni、日均净辐射和瞬时净辐射之间的比值Cd、白天净辐射和瞬时净辐射之间的比值CD以及时刻t2的瞬时净辐射与卫星过境时的时刻t1的瞬时净辐射之间的比值确定日均净辐射Rnd、白天净辐射RnD以及任一时间点净辐射对于上述技术方案来说，假定在特定的区域内，可以通过α，ε和TS得到的Rn来构建空间变异模型。假设在绿洲农田范围内有一个已知的表面，以下称为基准表面(参考表面)，具有以下特点：(1)地表反照率值是已知的，认为α＝αref；(2)该地表发射率值是已知的，认为ε＝εref；(3)该基准表面具有高的土壤湿度，使得有可能假设Ts接近空气温度Ta。针对日均净辐射Rnd，根据公式(2)，对于卫星数据而言Cd比值可以认为是个固定值，因此公式(2)可以改写为：Cd=[RndRni]local=[RndRni]1=[RndRni]2=...=[RndRni]n---(4)]]>其中，下标1，2，...，n是绿洲农田区中不同的地表覆盖类型(棉花，小麦，玉米，沙地等)。从这可以看出，虽然Rnd1≠Rnd1≠…≠Rndn和Rni1≠Rni2≠…≠Rnin，但Cd比值仍旧保持不变。因此公式(4)可以进一步改写为：Cd=[RndRni]local=[(1-α)Rs↓d+ϵRl↓d-ϵσTs4d(1-α)Rs↓i+ϵRl↓i-ϵσTs4i]---(5)]]>根据以上假设，Cd还可以进一步改写为：Cd=[(1-αref)Rs↓d+ϵref(Rl↓d-σTa4d)(1-αref)Rs↓i+ϵref(Rl↓i-σTa4i)]=[RndRni]ref---(6)]]>其中，αref和εref可以通过实验获得。图3是绿洲农田区域内考虑一个假想基准面并利用地面气象数据所提出的假设模型的示意图。大气温度和太阳辐射由常规气象站测量，而下行长波辐射很少被测量只能进行建模。最终，Rnd值可以通过以下公式计算：Rnd=CdRni=[RndRni]refRni---(7)]]>针对白天净辐射RnD，根据公式(7)，提出一个用于估计RnD的改进模型：RnD=CDRni=[RnDRni]refRni---(8)]]>使用如下公式来估算参考表面的白天净辐射RnDref：RnDref=(1-αref)Rs↓d+ϵref(Rl↓d-σTa4d)[N/24]---(9)]]>其中，N是日照时间或白天时长的最大值。N/24可以使得夜间净长波辐射的负值被忽略。只有时间段Rni为正值才能估算RnD，因此，可以通过如下公式计算：N=24πωs=24π[arccos(-tgφtgδ)]---(10)]]>其中，ωs是弧度日落时角，φ是纬度，δ是太阳赤纬：δ=0.409sen(2πDOY365-1.39)---(11)]]>其中，DOY为一年中(1-365)的某一天。最后，结合公式(8)和(9)，RnD可以通过如下公式来计算：RnD=RniCD=Rni[RnDRni]ref=...=Rni[(1-αref)Rs↓d+ϵref(Rl↓d-σTa4d)[N/24](1-αref)Rs↓i+ϵref(Rl↓i-σTa4i)]---(12)]]>针对任一时间点净辐射考虑到卫星过境时间的差异，公式(2)可写为：Rnd=Cd,iRni=Cd,t1Rnt1=Cd,t2Rnt2=...=Cd,tmRntm---(13)]]>其中，i＝t1,t2,...,tm表示某一天的(主要是白天)不同时刻，如此便可以从两个不同时刻t1和t2的净辐射值得到瞬时净辐射值：Rnt2=Rnt1Cd,t1Cd,t2---(14)]]>因此，如果考虑到卫星的过境时间t1(能够提供在区域尺度上的Rn数据)，就可以根据公式(14)来估算t2时间的Rn值。结合公式(8)和公式(14)，可以得到：Rnt2=Rnt1Cd,t1Cd,t2=Rnt1[RndRnt1]ref[RndRnt2]ref---(15)]]>最终，根据公式(1)确定参考表面的时间点t1的瞬时净辐射和参考表面的时间点t2的瞬时净辐射，估算的公式可以写为：Rnt2=Rnt1[Rnt2,refRnt1,ref]=Rnt1Ct2,t1==Rnt1[(1-αref)Rs↓t2+ϵref(Rl↓t2-σTa4t2)(1-αref)Rs↓t1+ϵref(Rl↓t1-σTa4t1)]---(16)]]>其中，为时间点t2的瞬时净辐射与卫星过境时的时刻t1对应的瞬时净辐射的比值。因此，使用公式(16)可以得到任意时间点净辐射。如图4所示，为本发明提出的一种估算绿洲农田晴空太阳辐射的装置框图。包括：地表反照率和地表反射率确定单元401，用于基于绿洲农田范围内的基准参考表面，利用可见光和近红外波段，确定地表反照率αref和地表反射率εref；地表温度和空气温度确定单元402，用于利用热红外波段确定地表温度Ts，基于绿洲农田范围内的基准参考表面内，认定地表温度Ts与空气温度Ta相等，获得白天空气温度Tad、时刻t2的空气温度卫星过境时的时刻t1的空气温度以及卫星过境时的瞬时时刻i的空气温度Tai；短波辐射和长波辐射确定单元403，用于利用地面实测数据，获得白天下行短波辐射Rs↓d、白天下行长波辐射Rl↓d、时刻t2的下行短波辐射卫星过境时的时刻t1的下行短波辐射时刻t2的下行长波辐射卫星过境时的时刻t1的下行长波辐射卫星过境时的瞬时时刻i的下行短波辐射Rs↓i、卫星过境时的瞬时时刻i的下行长波辐射Rl↓i；计算单元404，用于利用所述地表反照率αref、所述地表发射率εref、所述白天下行短波辐射Rs↓d、所述白天下行长波辐射Rl↓d、所述白天空气温度Tad、所述时刻t2的空气温度所述卫星过境时的时刻t1的空气温度所述卫星过境时的瞬时时刻i的空气温度Tai、所述卫星过境时的瞬时时刻i的下行短波辐射Rs↓i、时刻t2的下行短波辐射卫星过境时的瞬时时刻i的下行短波辐射时刻t2的下行长波辐射卫星过境时的时刻t1的下行长波辐射确定净辐射通量Rni、日均净辐射和瞬时净辐射之间的比值Cd、白天净辐射和瞬时净辐射之间的比值CD以及时刻t2的瞬时净辐射与卫星过境时的时刻t1的瞬时净辐射之间的比值辐射确定单元405，用于根据净辐射通量Rni、日均净辐射和瞬时净辐射之间的比值Cd、白天净辐射和瞬时净辐射之间的比值CD以及时刻t2的瞬时净辐射与卫星过境时的时刻t1的瞬时净辐射之间的比值确定日均净辐射Rnd、白天净辐射RnD以及任一时间点净辐射实施例●实验区概况如图5所示，为本实施例的实验区示意图。实验区为新疆典型绿洲区玛纳斯河流域，位于新疆天山北麓、准噶尔盆地南缘，行政区域包括石河子市、沙湾县和玛纳斯县，以及分布在两县境内新疆生产建设兵团第八师和第六师的农牧团场。地理位置43°27′-45°21′N，85°01′-86°32′E，流域总面积约2.1×104km2，地势由东南向西北倾斜，海拔最高5242m，最低256m，地形坡由南向北依次分为山地、山前平原和沙漠三大地貌类型区。流域属内陆干旱区，夏季炎热干燥，冬季寒冷多风，年均气温6.8℃，年降水量110-200mm。流域内自东向西分别为塔西河、玛纳斯河、宁家河、金沟河与巴音沟河，均发源于天山北麓依连哈比尔尕山脉，由南向北流入准噶尔盆地，其中玛纳斯河全长324km，也是准噶尔盆地中水量最大、流程最长的内陆河。●地面站点资料实验是在距离石河子市50公里半径范围内的不同地点进行的。第一项实验在石河子大学农学实验场的棉田进行，第二项实验在150团的沙漠气象站中进行。实验使用净辐射分量、空气温度/相对湿度的实测结果，下行和上行短波(0.3-2.8μm)和长波(4.5-42μm)辐射使用CNR-4净辐射计(CNR4NetRadiometer，Kipp&Zonen)进行测定，空气温度/相对湿度使用CS215-L探针(CampbellScientific)进行测量。所有传感器分别安装在离地面大约2米的位置，并由CR10X数据记录器(CampbellScientific)将每15分钟的平均值数据记录在处理器的存储模块上供后续处理。地面实验获取数据的时间与卫星过境的时间保持一致，但为了避免某些不可预知的干扰，在卫星过境的前一天、当天和后一天分别进行数据采集，以确保真实有效的地面数据。●遥感数据实验使用了2010年无云的LandSat7数据(表1)，影像在可见光波段和近红外波段的空间分辨率是30m，热红外波段的空间分辨率为60m，最终影像经6景影像拼接而成。表1Landsat7卫星传感器参数表波段波长范围(μm)地面分辨率10.45～0.51530米20.525～0.60530米30.63～0.69030米40.75～0.9030米51.55～1.7530米610.40～12.5060米72.09～2.3530米80.52～0.9015米②结果分析为了评估使用的方法和的精度，将结果值从图中提取出来后与实测值进行了对比。结果见表2。结果显示通过应用公式得到的地表反照率精度较高，Rni、Rnd与RnD值的预测精度也比较高，达到了预期的效果。表2Rni、Rnd与RnD预测值与实测值对比通过统计方法也可以看出，预测值与实测值是非常吻合的，PRMSE为±3％，BIAS接近于零(表3)，表明该模型是非常理想的。表3统计参数表遥感影像BIAS(Wm-2)RMSE(Wm-2)PRMSE(％)30/08/20104±10±3③结论本技术方案建立的模型获得的预测值与实测值比较接近，满足了各种实际需求。并且本技术方案使用了来自TM传感器(陆地卫星7)获得的影像和辅助气象数据来估算太阳净辐射，这对绿洲农田蒸散模型的应用至关重要，该方法不局限于纬度，日期，或卫星过境时间。以上具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3