论文部分内容阅读
黑河中游流域是典型的干旱荒漠绿洲区,对流域水资源有显著影响的土地覆盖类型有农田、防护林、绿洲-荒漠过渡带人工草地和荒漠植被等,了解不同土地覆盖类型蒸散量的时空变化特征对于流域水资源的合理配置与利用具有十分重要的意义。本论文利用Landsat系列卫星影像资料,结合地面气象观测数据、物候观测数据和土地覆盖类型,将METRIC模型应用于黑河中游,分析了样带尺度蒸散量的时空变化特征;在不同时间尺度、不同土地覆盖类型,采用涡度观测蒸散数据对三种基于干湿限空间特征法的遥感蒸散模型的估算结果进行了验证和对比;利用样带内63个监测点的土壤水分数据和Hydrus-1D模拟蒸散数据,在像元尺度分析METRIC模型估算季节尺度蒸散量的准确性,并利用空间插值方法将Hydrus-1D模拟的蒸散数据扩展到样带尺度,与METRIC的估算结果进行对比。主要研究成果如下:(1)提出在干旱区应用METRIC模型估算不同土地覆盖类型的蒸散时,需要将研究区根据下垫面特征划分为子区域,分别选取干点运行模型。绿洲区与荒漠区下垫面土壤性质、植被分布等差异显著,不同土地覆盖类型蒸散为零的像元地表温度可能存在较大差异。研究结果表明:干点温度每降低2 K,区域显热通量平均值可增加10-30 W/m2;不同干点选择影响不同土地覆盖类型蒸散量估算结果。利用涡度观测数据验证黑河中游METRIC模型估算结果,发现:在荒漠区和绿洲区分别选取干点,METRIC模型可以满足黑河中游干旱区不同时间尺度蒸散量的估算需求。(2)分析了黑河中游样带尺度不同土地覆盖类型生长季蒸散量时空变化特征。不同土地覆盖类型日蒸散量差异明显,水体(河渠、水库坑塘和沼泽地)蒸散量最大,其他土地覆盖类型蒸散量从高到低依次为:农田、滩地、林地、过渡带(灌木林地、疏林地、草地)、未利用土地(沙地、戈壁和盐碱地);各土地覆盖类型月蒸散量均在7月达到最大值。农田蒸散量主要随作物生长阶段进行变化,月际差异最大;滩地受降水影响较大,在较大降水之后,蒸散量接近潜在蒸散量。林地及过渡带月际变化较小。未利用土地蒸散受降水影响明显,7月-8月蒸散量最大。受到作物种类及生长年限、土壤性质、地下水水位等影响,相同地类蒸散量的空间变化也很显著。(3)在不同时间尺度,利用站点涡度观测数据验证了METRIC、Ts-VI、SSEB在干旱荒漠绿洲区的蒸散估算精度;并对比了三种方法估算不同土地覆盖类型的蒸散量。结果表明:METRIC模型在瞬时、日、月的不同时间尺度蒸散验证中,估算精度都较高,而SSEB模型和Ts-VI三角法估算蒸散量的精度,与像元可利用能量、最大可能蒸散量等的估算精度密切相关。在农田区,三种模型的估算结果都较为一致;在荒漠区及荒漠-绿洲过渡带子区域的低值区,SSEB模型和Ts-VI三角法表现出明显的高估趋势。在估算非卫星过境日蒸散时,不同土地覆盖条件推荐采用不同的时间尺度扩展方法,建议在绿洲区采用参考蒸散比不变法,在荒漠区采用蒸发比不变法。(4)利用样带内63个监测点的水分数据和Hydrus-1D模拟蒸散量,分析了METRIC估算不同土地覆盖类型蒸散量在季节尺度的分布规律,发现:在像元尺度上,应用METRIC和Hydrus-1D模型得到的农田蒸散估算结果在日、月、季节尺度均具有较好的一致性;但在估算荒漠蒸散时,日蒸散值存在“失真”现象。在估算月尺度或季节尺度蒸散时,这种影响将会降低,METRIC模型估算的月蒸散总量和季节蒸散总量与Hydrus-1D模拟结果仍具有较好的一致性。此外,在地表资料(气象数据、土壤水分数据、植被结构数据,灌溉数据等)充足的条件下,Hydrus-1D虽然可以提供准确的像元尺度ET的变化特征,但无法通过简单的地统计方法将像元ET扩展到样带或区域尺度。