基于SEBS模型的格尔木河流域地表蒸散量遥感反演及其时空格局分析

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地表蒸散量是地球水资源系统中非常重要的组成部分，是联系大气系统和土壤系统的纽带，在陆-气界面能量、水量的转换过程、机制和规律研究中扮演着重要的角色，影响着耕地、林地和草地等的耗水量及植物的生长数量和水平，对水文气象、生态环境、农林牧业等领域的水分、能量循环机理和水资源消耗规律具有控制性作用，一直是国内外学者研究的热点和难点问题。
　　格尔木河流域属高原大陆性气候，具有典型的荒漠气候特征，降水稀少、蒸散强烈、水资源匮乏，富日照、太阳辐射强、盐渍化严重，地面立地条件复杂（流域内多种地貌共存、地表岩性多样、植被类型繁杂），地表蒸散直接关系着流域气候变化、水文循环及生态环境的变迁。因此，实现格尔木河流域地表蒸散量的实时、动态遥感监测，对研究流域陆地水分循环及陆-气界面水资源转化规律具有重要意义。
　　近年来，随着遥感和地理信息系统技术的快速发展，克服了传统点尺度地表参数观测的局限性，为地表蒸散量遥感反演模型研究提供了一个崭新的平台，使得大范围、实时、动态监测地表蒸散量已成为现实。目前，地表蒸散量遥感反演的难点之一在于如何准确的估算模型中涉及的众多环境气象要素和动力学等参数。本文的主要目的是利用Landsat-8遥感影像、DEM和环境气象要素等数据，对照分析大气水汽含量、地表比辐射率、地表温度、地表动量传输粗糙度长度和零平面位移高度等参数的估算方法，构建适用于格尔木河流域地表蒸散量遥感反演的SEBS模型，反演格尔木河流域地表蒸散量并进行地面验证，分析其时空格局以及与环境气象要素、地下水位埋深、地貌类型之间的响应关系。主要研究成果如下：
　　（1）基于不同的方法估算土壤、植被和大气等参数，对照分析发现：采用 Ren Huazhong算法估算大气水汽含量精度较好，综合运用 NDVI阈值法和覃志豪法估算地表比辐射率结果最佳，采用 SC_b10模型反演地表温度精度最高，利用归一化植被指数估算Zom和d0最为合适。
　　（2）基于优化的 SEBS模型反演的格尔木河流域地表蒸散量具有良好的精度，与P-M公式计算的潜在蒸散量和气象站水面蒸发量均具有较好的相关性， R2分别达到0.8305和0.7908。对比国内外学者在类似区域反演的地表蒸散量，本文构建的模型反演精度有小幅度提升。
　　（3）研究区的地表蒸散量统计结果和空间分布图显示，2016年总地表蒸散量约为744mm/a，其中，季地表蒸散量的大小为：冬季（77 mm）<秋季（164mm）<春季（199mm）<夏季（304mm）。其空间分布与河网分布特征具有良好的一致性，自南向北流经区域地表蒸散量整体较大，同时，研究区地表蒸散量呈现东-西条带状空间分布格局，中上游山前戈壁砾石带和中下游土壤盐渍带最小，下游集水区最大，上游山区和中游种植带介于之间，与地表蒸散量实际的空间分布规律吻合。
　　（4）研究区日均地表蒸散量与环境气象要素的响应关系表明，日均地表蒸散量与日均气温、日均地表温度和NDVI存在较高的正相关关系，与相对湿度整体上呈现一般的负相关关系。以上结论与实际情况相符，为深入研究地表蒸散量反演模型中这些参数的敏感性提供依据。
　　（5）总体上，研究区日均地表蒸散量与地下水位埋深存在负相关关系。当地下水位埋深在0-1.5m范围内时，日均地表蒸散量随地下水位埋深的增大呈直线减小，速率较快，约从7mm/day减小到2.9mm/day；当地下水位埋深处于1.5-4.5m范围内时，日均地表蒸散量随地下水位埋深的增大呈指数减小，速率较缓慢，约从2.9mm/day减小到1.8mm/day；当地下水位埋深大于4.5m时，日均地表蒸散量随地下水位埋深的增大基本不变，趋向于一个稳定值约为1.8mm/day。由此可以推测，格尔木河流域存在潜水蒸发极限深度约为4.5m。
　　（6）研究区的地表蒸散量与地表类型的关系表明，两者空间分布格局具有良好的一致性。按照地貌和用地类型分类统计地表蒸散量，结果显示：洪积平原（550mm/day）<冲积平原（605mm/day）<冲湖积平原（753mm/day）<湖积平原（1022mm/day），裸土(616mm/day)<稀疏灌木(727mm/day)<中等覆盖灌木(944mm/day)<林地(1176mm/day)<水体(1386mm/day)。以上结论与实际规律存在一致性，进一步证明本文构建的优化 SEBS模型能够较真实的反演研究区的地表蒸散量，具有一定的实用性和可靠性。

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作者
杨笑天;
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作者单位

长安大学;

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授予单位长安大学;
学科地图制图学与地理信息工程
授予学位硕士
导师姓名孔金玲;
年度 2017
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类测绘遥感技术;蒸发与蒸散;
关键词
遥感技术; SEBS模型; 遥感反演; 地表蒸散量; 时空格局; 荒漠气候;

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