基于SEBAL模型的北京平原造林区蒸散发量研究

发布时间：2020-10-24 17:40

　　 陆面蒸散发不仅在水分平衡中起着重要作用,而且在进行蒸散发的过程中伴随着能量的吸收和释放,因此蒸散发在地表能量平衡中也起着非常关键的作用,所以对蒸散发的研究显得尤为重要[1]。基于能量平衡原理的SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land)单层模型由于使用到的气象数据比较少、数据获取比较容易、反演的精度高而且普遍使用于各种地形条件下成为目前最常用的反演蒸散发量的遥感方法。本文选取了能代表延庆地区春、夏、秋三个季节的含云量较少的2014年4月13日、2014年7月25日、2014年10月6日共三景Landsat8遥感影像,同时在反演过程中还运用到了与Landsat8遥感数据同一天的MODIS L1B遥感影像,结合土地利用数据和气象数据等,基于SEBAL能量平衡模型的原理反演得到了北京市延庆县蔡家河流域平原造林项目的蒸散发量。同时利用同一天的延庆气象站的气象数据,根据世界农粮组织提供的FAO Penman模型,估算得到该天平原造林区的潜在蒸散量。通过得到的潜在蒸散量对基于SEBAL能量平衡模型反演得到的实际蒸散量进行验证,结果表明SEBAL能量平衡模型能有效地估算平原造林区的蒸散量。本文主要从以下两个方面论述:(1)本文采用ERDAS IMAGINE等专业软件进行模型的建立,通过对SEBAL能量平衡方程中各能量分量的建立,估算得到日蒸散发量。利用FAO Penman模型得到研究区域的潜在蒸散量,通过潜在蒸散量对得到的实际蒸散量进行验证,通过验证分析可知2014年4月13日、2014年7月25日和2014年10月6日的日蒸散量相对误差均小于10%。从而认为该模型达到了预期的精度要求,更加证明了SEBAL能量平衡模型是能够用来估算延庆县蔡家河平原造林区域的蒸散发量。(2)通过对得到的日蒸散量数据进行分析,可以看出延庆县平原造林区的日蒸散量ET有很明显的季节性,其中夏季的蒸散量最高,春季的蒸散量最低。从遥感反演的同时期的ET的分布情况可以看出,不同树种的蒸散发量差异很大,其中以柳树、杨树和槐树为例的阔叶林的蒸散发量较大,以松柏为例的针叶林的蒸散量较小。除此之外,通过对不同种植年份的树种进行统计,发现蒸散发量的大小和树龄也有一定的关系,呈现出随着树龄的增加,蒸散发量先增大后减小的结论。
【学位单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：P426.2
【部分图文】：

绪论数据等，并对相关的数据进行预处理，使相关数据具有相同的投影和空间分辨率，建立相关的能量平衡模型，得到该研究区域的实际蒸散量，并采用 FAO Penman 的方法得到潜在蒸散量，对实际蒸散量进行验证，最后根据已有的平原造林区域的树种种植的数据，可以得到平原造林区不同的树种，譬如杨树、柳树、槐树和榆树等树种的蒸散量差异及耗水特征。本文的主要技术路线如图 1.1。

式中FVC 表示植被覆盖度的函数，SNDVI 、VNDVI 分别代表了研究区没有植被覆盖的土地和全部被植被覆盖的 NDVI 值。当计算得到 TIRS 卫星的第 10 和第 11 波段的地表发射率以后，LSE 两个波段的平均值和差值可以通过下式得到：21011LSE LSE 式(2.17）1011 LSE LSE式(2.18）2.2 能量平衡各分量的估算2.2.1 净辐射通量的估算地球表面的能量来源来自于太阳的有效辐射，但是地表在接收太阳辐射量的过程中，除了地球表面所接收到的太阳的辐射能量以外，经过地球表面物体的作用又将部分能量辐射到大气中，还有部分物体自身进行的辐射，所有这些入射的能量和发射的能量之差就是净辐射能量[46]。

SEBAL 模型及 Penman 模型的基本原理该方程很难求解, 而且在蒸散发过程中是很重要的一步，且显热通量的计算过程及到空气动力学的内容。从上式可以看出，显热通量的方程中有两个不确定的变量 和ahr ，而只有一个方程表达式,要解决这个问题，SEBAL 模型采用了引入两个特的点进行公式的求解，即将研究区域水分比较充足的湿地，称为冷点（cold）和将究区域内植被覆盖比较充足，地表温度比较高的点称为热点（hot），作为边界条并引入莫宁-奥布霍夫理论通过递归迭代过程对方程进行求解[47]，如图 2.2 所示。
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本文编号：2854781