[发明专利]时间连续的地表蒸散发数据的计算方法

摘要

本发明实施例提供了一种时间连续的地表蒸散发数据的计算方法。该方法主要包括：在非晴好日，使用SCE_UA算法利用代价函数计算出能量分配项的调整因子α和植被冠层阻抗项的调整因子β；根据所述能量分配项的调整因子α和植被冠层阻抗项的调整因子β优化非晴好日的地表蒸散发模拟值的计算方法，再利用优化后的计算方法计算出所述非晴好日的地表蒸散发数据。本发明致力于解决遥感估算地表蒸散发中的时间尺度扩展问题，结合同化方法和Penman‑Monteith公式对日蒸散发进行日到月/年的时间尺度扩展，生产可供多领域使用的高精度时间连续区域蒸散发数据集，降低由于非晴好日观测数据带来的观测误差，促进遥感估算ET产品在水文循环、陆面能量相关领域的广泛应用。

主权项

1.一种时间连续的地表蒸散发数据的计算方法，其特征在于，包括：在非晴好日,使用SCE_UA算法利用代价函数计算出能量分配项的调整因子α和植被冠层阻抗项的调整因子β；根据所述能量分配项的调整因子α和植被冠层阻抗项的调整因子β优化非晴好日的地表蒸散发模拟值的计算方法，再利用优化后的计算方法计算出所述非晴好日的地表蒸散发数据；所述的在非晴好日,使用SCE_UA算法利用代价函数计算出能量分配项的调整因子α和植被冠层阻抗项的调整因子β，具体包括：设定非晴好日的代价函数如下：J(x)是代价函数，ET是优化后的分析值，ETobs是晴好日观测的地表蒸散发，ETsim是晴好日的地表蒸散发，N是同化窗口内的遥感观测值个数，Q是模型误差，R是观测误差；同化窗口的大小根据经验进行选择，同化窗口内的遥感观测值个数根据天气状况各不相同，在晴好日，通过对晴好日卫星过境时刻瞬时蒸散发的瞬时到日时间尺度扩展，得到晴好日的遥感估算蒸散发数据集；在非晴好日，同化系统则自动调用SCE_UA算法，通过迭代搜索同化窗口内代价函数J(x)得最小值时的最优解，最终得到同化策略中的模型参数α和β，再代入Penman‑Monteith公式得到优化后的非晴好日地表蒸散发，对遥感观测的地表蒸散发数据集进行插补，生产时间连续的遥感估算地表蒸散发数据集；所述SCE_UA算法的步骤如下：(1)、采样：在参数空间内随机采集s个样本点，并计算每个样本点的代价函数值；(2)、排列样本点：按照每个样本点的函数值的大小对s个样本点进行升序排序，使第一个样本点的代价函数值最小，最后一个样本点的代价函数值最大；(3)、拆分为复合体：将所有s个样本点按照排序平均分为p个复合体A1…Ap，每个复合体包括m个样本点，其中，Ak＝{xkj|xkj＝xk+m(k‑1),j＝1,…,m},k＝1,…,p；(4)、复合体进化：根据竞争复合体进化算法进化每个复合体；所述竞争复合体进化算法包括：(41)、从复合体中随机选择q个点组成一个子复合体；(42)、根据样本点的函数值，从子复合体中选择一个函数值最小的样本点，并计算剩余样本点的质心；(43)、将所述函数值最小的样本点以所述剩余样本点的质心为中心投影，找到一个新的样本点，如果新样本点的函数值在合理范围内，则到第(44)步，否则，在合理范围内随机取一个样本点，到第(45)；(44)、如果所述新的样本点的函数值小于所述函数值最小的样本点的函数值，则用新样本点取代所述函数值最小的样本点，并到第(47)步，否则到第(45)步；(45)、将计算质心和最差点之间的中点称为缩小点，计算所述缩小点的函数值，如果缩小点的函数值比所述函数值最小的样本点的函数值要小，则用缩小点取代所述函数值最小的样本点，并到第(7)步，否则到第(46)步；(46)、在合理范围内随机取一个点，将所述函数值最小的样本点用这个点取代；(47)、重复第(42)步‑第(46)步r次，r是一个用户指定的参数；(48)、重复第(1)步‑第(7)步s次，s是在复合体混合前需要进化的次数；(5)、混合复合体：将所有复合体中的样本点合为一个样本总体，将这个总体中的所有样本按照升序排序，重新分配样本点到p个复合体中，并重复(3)至(5)的过程；(6)、检查迭代结果：如果迭代结果满足设定的迭代标准，则停止迭代，获取迭代停止时的α和β；晴好日的地表蒸散发数据用Penman‑Monteith公式计算，所述Penman‑Monteith公式的基本形式为：其中，ET是晴好日的地表蒸散发数据，λ是汽化潜热，Δ是饱和水汽压的平均斜率，Rn是净辐射，G是土壤热通量，ρa是空气密度，cp是干空气比热容，rs是冠层表面阻抗，ra是空气动力学阻抗，ea是实际水汽压，es是饱和水汽压，γ是干湿球温度计常数：ε是水蒸气/干空气的分子比重，P是大气压，λ是汽化潜热；利用数据同化方法对晴好日的地表蒸散发数据进行时间尺度扩展，该时间尺度扩展是将晴好日的地表蒸散发数据扩展到月/年，从而得到了全年完整的蒸散发时间序列,然后对全年的时间序列进行月平均或年平均，得到月/年的地表蒸散发。