[发明专利]一种蒸发比观测的时空拓展方法

说明书

本发明公开了一种蒸发比观测的时空拓展方法，其是基于原始温度‑植被盖度特征空间估算土壤蒸发效率的理念，发现了土壤蒸发效率计算所涉及干、湿点的季节性变化，使用余弦函数重新定义了模型的干、湿边界，并采用蒸发比实测数据校准的方式获得了干边参数的最优解，最终使用Priestley‑Taylor公式完成了蒸发比的估算。本发明中：干点与湿点可以使用余弦函数拟合的方式获得，并且实测数据校准可以获得统计意义上的最优干点参数；晴天条件下单站点的蒸发比估算结果较传统方法精度一致或有所提高，晴天校准的参数可以直接应用到部分有云条件下，并且所有天气条件下估算的精度与晴天条件下无显著差异，从而实现了蒸发比的时间连续估算。

技术领域

本发明涉及环境监测领域，尤指一种蒸发比观测的时空拓展技术。

背景技术

根据地表能量平衡方程，地表净辐射最终主要消耗于土壤热通量、感热通量和潜热通量。其中，潜热通量与感热通量的分配关系直接影响了地表-大气的相互作用以及边界层的形成。蒸发比(潜热通量占潜热通量与感热通量之和的比重)是衡量这种分配关系的重要诊断变量，也是地表水量平衡与能量平衡方程的关键闭合参数。准确获取蒸发比的时空分布数据，对于水文学、气象学以及生态学的发展具有重要的支撑作用。

由于传统观测方法只能通过有限数量的涡度相关系统、波文比系统和蒸渗仪获得蒸发比的站点观测值，而这种站点观测值的空间代表性有限，难以有效反映区域范围内蒸发比的时空变化。遥感技术的快速发展为蒸发比的大范围监测提供了新的发展机遇。然而现有的蒸发比遥感估算方法主要是基于光学与近红外波段发展起来的，此类传感器一般只适用于大面积晴天无云的天气条件，无法获得蒸发比的时间连续信息。此外，目前广泛用于蒸发比提取的地表温度-植被指数特征空间模型存在较多的局限性，这种局限性主要体现在模型干湿边界的确定上。具体来说，经验方法机理简单但精度较低，理论方法物理意义明确但参数化过程复杂。

目前，在地表温度-植被指数特征空间模型中，计算混合像元的蒸发比需要通过模型的干湿边界插值并基于Priestley-Taylor方程计算获得。一般来说，湿边的确定方法比较简单，通常是将研究区最低地表温度视为湿边。然而干边的确定却较为复杂，其中，经验方法是通过拟合固定区间内像元的干点获得观测干边，而理论方法基于地表能量平衡方程确定理论干边。后来，Nishida提出了一种简化的方法，其只需计算混合像元中裸土在裸土干点与裸土湿点的位置即可计算蒸发比。然而，不管是确定混合像元还是裸土像元的相对位置，均需要大面积的晴空条件以满足模型边界的要求。此外，经验方法机理虽然简单但其精度较低，而理论方法的物理意义明确但参数化过程复杂。

在此背景下，如何基于特征空间模型快速有效地实现全天候蒸发比的时空连续反演引起了蒸散发研究领域的密切关注。

基于上述原因，发明人基于裸土干点与湿点的物理属性，依据太阳直接辐射与太阳高度角的余弦关系，通过晴天数据输入在年尺度建立了裸土干湿点的参数方程，使其实现全年裸土干湿点的连续估算。并基于蒸发比实测数据在每个站点优化干点参数方程中的振幅参数，目标在于使计算的蒸发比与实测蒸发比的差值最小，最终将站点获得的最优振幅参数应用到整个研究区蒸发比的求解，以实现蒸发比的时空连续监测。

发明内容

为解决上述问题，本发明主要目的在于，提供一种蒸发比观测的时空拓展方法，

为实现上述目的，本发明提供了一种蒸发比观测的时空拓展方法,其是基于原始温度-植被盖度特征空间估算土壤蒸发效率的理念，发现了土壤蒸发效率计算所涉及干、湿点的季节性变化，使用余弦函数重新定义了模型的干、湿边界，并采用蒸发比实测数据校准的方式获得了干点参数的最优解，最终使用Priestley-Taylor公式完成了蒸发比的估算。

其可包含：

步骤1、获取研究区的遥感影像数据与通量观测数据；

步骤2、对遥感影像进行处理，得到计算蒸发比所需的输入变量；