[发明专利]一种针对干旱半干旱地区的地表蒸散遥感反演方法

摘要

本发明公开了一种针对干旱半干旱地区的地表蒸散遥感反演方法。本发明首先获得并处理EOS/MODIS遥感数据，然后进行近地表气温反演及大气透过率计算，之后根据地表能量平衡方程，通过求解净辐射、土壤热通量和显热通量，得到地表潜热通量，最后根据地表潜热通量数据计算得出地表蒸散数据；本发明针对中国西北干旱地区气象站点稀少的特点，建立了基于遥感数据的近地表气温反演模型以及大气透过率计算模型，利用遥感反演气温代替站点观测气温参与计算，充分利用了EOS/MODIS数据的多种遥感产品，减少了对气象等观测资料的要求。

主权项

1.一种针对干旱半干旱地区的地表蒸散遥感反演方法，其特征在于包括如下步骤：步骤A，获得并处理EOS/MODIS遥感数据：A-1，获取遥感数据，所述遥感数据包括土地覆盖指数、植被指数、地表温度和反照率数据；A-2，对所有数据进行空间投影转换，统一到相同的空间参考框架下；A-3，运用时间序列谐波拟合方法对遥感数据中的植被指数和地表温度进行去云处理；A-4，从植被指数数据中提取成像时太阳天顶角数据；A-5，将地表温度和反照率数据按月进行合成处理，与归一化植被指数NDVI数据相匹配；步骤B，近地表气温反演及大气透过率计算：B-1，以气象站点的遥感数据为研究数据集，通过回归分析建立近地表气温的经验方程：（1）式中，T_a为近地表气温（单位：℃），T_s为地表温度（单位：℃），h为海拔（单位：m），NDVI为归一化植被指数，θ为太阳天顶角（单位：弧度）；B-2，通过辐射传输方程模拟大气透过率随海拔的变化关系，建立大气透过率τ_sw的经验方程：（2）步骤C，地表潜热通量计算：C-1，建立地表能量平衡方程：（3）式中，R_n为净辐射通量，G为土壤热通量，H为显热通量，LE为潜热通量； C-2，计算地表净辐射通量R_n，计算公式为：（4）式中，α为地表反照率，ε为地表比辐射率，R_s↓为太阳短波辐射，R_L↓为下行长波辐射即到达地表的大气长波辐射，R_L↑为上行长波辐射即地面长波辐射；其中：R_s↓、R_L↓和R_L↑的计算公式如下：（5）式中，G_sc为太阳常数，θ为太阳天顶角（单位：弧度），E₀为日地距离订正系数，ε_a为大气比辐射率，δ为斯特芬-波尔兹曼常数，T_a为根据公式（1）进行遥感反演所得到的近地表气温；C-3，计算土壤热通量，分为植被覆盖区和非植被覆盖度分别进行计算：（6）式中，c_g是针对不同地表的经验常数；C-4，计算显热通量，计算公式为：（7）式中，ρ为空气密度（单位kg/m³），C_p为空气定压比热（单位J/kg·K），dT为地气温差（T_s-T_a），r_ah为空气动力学阻抗（单位s/m）；C-4-1，求出中性稳定度下的摩擦速率μ*与空气动力学阻抗r_ah：（8）（9）式中，k为von Karman常数，μ_z为高度z处的风速（m/s），z为某个参考高度（m），z_0h为地表热量传输粗糙度（m），z_0h与地表动力粗糙度z_0m的关系为：z_0h=0.1*z_0m；C-4-2，引入Moin-obukov长度通过多次循环递归运算对摩擦速率μ_*和空气动力学阻抗R_ah进行修正，直到得到稳定的显热通量H值为止；C-5，根据上述步骤分别计算出净辐射通量R_n、土壤热通量G和显热通量H，然后根据公式（3），计算出地表潜热通量LE； 步骤D，地表蒸散计算：D-1，根据步骤C-5得到的潜热通量LE，根据以下公式计算得到地表蒸散量ET：（10）式中，ET为蒸散量（单位m），λ为汽化潜热（单位J/kg），λ由下式计算得出：。