干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 非均匀下垫面地表蒸散发观测与遥感估算的理论与方法

Arid

	非均匀下垫面地表蒸散发观测与遥感估算的理论与方法
	刘绍民; 贾立; 李新; 徐同仁; 徐自为; 朱忠礼
完成单位	北京师范大学
登记(发布)日期	2014
中文摘要	课题背景：地表蒸散发是地球系统多圈层中能量传输和水分循环的重要控制因素。准确测量和估算田块、流域乃至全球尺度的地表蒸散发,对全球环境变化、水资源规划与管理以及农业可持续发展等研究领域具有十分重要的科学意义与应用价值。由于地形起伏与地表景观格局的异质性,以及蒸散发过程受气象及地表状态控制的复杂性,蒸散发的地面观测与遥感估算是非常困难的,尤其在大尺度上,如卫星像元/模式网格尺度、流域及区域尺度等。本项目在国家自然科学基金项目等资助下,经过项目组成员十余年的野外观测、遥感估算方法与验证研究,在非均匀下垫面多尺度地表蒸散发的地面观测理论与方法、蒸散发遥感估算模型与同化、以及真实性检验方法等方面取得了一系列创新研究。研究目的与意义：通过试验观测、遥感估算与验证研究,发展多尺度地表蒸散发与配套参数观测试验的设计理论与多尺度测量方法,开展星-机-地综合遥感联合试验;构建多个地表蒸散发遥感估算模型,并在田块、流域(黄河、海河、黑河等)、区域及全球尺度上进行应用;提出一套地表蒸散发遥感产品/估算模型真实性检验的理论与方法,形成国家标准。这些研究成果将为非均匀下垫面地表蒸散发的地面观测、遥感估算及验证提供理论框架与方法体系。主要创新点： 1、地表蒸散发与配套参数观测试验的设计理论与多尺度测量方法提出了星-机-地综合遥感联合试验的设计原理,构建了技术先进的多尺度-网络-立体-精细化的流域综合观测系统,提升了流域生态和水文过程的观测能力,增强了遥感在流域生态-水文集成研究和水资源管理中的应用能力;发展了卫星像元/模式网格尺度地表蒸散发与配套参数的观测方法,包括：结合足迹模型的地表蒸散发与配套参数的多尺度综合观测系统、由多套涡动相关仪、自动气象站等构成的通量观测矩阵等,可获取卫星像元/模式网格尺度地表蒸散发“地面真值”,较好地解决了遥感估算与地面单站观测在空间尺度上不匹配的问题。相关成果在国际一流期刊上发表,其中2篇论文被ESI评为“高被引论文。 2、地表蒸散发遥感估算模型的发展、验证与应用发展了多个地表蒸散发遥感估算模型,优化了模型的空气动力学阻抗等参数化方案,准确估算出了田块、流域乃至全球尺度的地表蒸散发时空分布格局,评价了水资源利用效率及生态环境耗水量;构建了多个针对地表蒸散发的数据同化系统,将多源遥感资料同化到陆面过程模式中,通过引入时间序列信息,克服了传统遥感模型仅能估算卫星过境时刻地表瞬时蒸散发的缺点,提高了地表蒸散发遥感估算的精度及其时空分布连续性;基于多源、多尺度的地面观测数据,提出了一套较为完善、系统、规范化与可操作的遥感估算地表蒸散发真实性检验方法,包括地面相对真值的获取、验证流程、评价方法与指标等,涉及遥感估算精度、误差来源、验证过程的不确定性等3个方面的评价,并应用该方法验证了北京地区/海河流域遥感估算蒸散量,为遥感模型的优化与产品完善奠定了基础。提出的地表蒸散发遥感估算模型与验证方法,可为非均匀下垫面多尺度地表蒸散发的准确估算提供理论依据与实践指导。社会经济效益： 1、基于星-机-地综合遥感联合试验的设计原理,成功开展了2007-2011年、2012-2015年黑河流域WATER、HiWATER综合遥感联合试验;提出的卫星像元尺度地表蒸散发的观测方法已被广泛应用在全国多个野外台站的布设中,如海河流域(北京密云与大兴站、河北馆陶与怀来站)、黑河流域(上、中、下游21个站点)以及西藏那曲站、甘肃若尔盖站、河南济源站等;构建的海河流域(2008-2014年)、黑河流域(WATER试验2007-2011年、HiWATER试验2012-2015年)地表蒸散发与配套参数多尺度观测网数据在寒区旱区科学数据中心、黑河计划数据管理中心发布,已有4000多人次下载与使用,服务全国200多个研究项目。 2、提出的地表蒸散发遥感估算模型在黑河流域、海河流域、黄河流域等多地进行了应用和推广,对流域水资源的科学管理、农田灌溉决策等起到重要作用,取得了良好的社会经济和生态效益;提出的遥感估算蒸散发真实性检验方法,降低了验证过程的不确定性,已应用在世界银行与水利部资助的全球环境基金《海河流域水资源与水环境综合管理》项目中;发布了《北京地区/海河流域遥感监测蒸散量(ET)地面独立验证报告》,促进了海河流域地表蒸散发遥感产品精度的提高,并且形成一个国家标准草案,通过了国家标准委员会的评估。
中文关键词	蒸散发 ; 地表 ; 遥感 ; 估算 ; 观测 ; 验证
成果类型	基础理论
中图法分类号	P407
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001688371
来源机构	北京师范大学
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243379
推荐引用方式 GB/T 7714	刘绍民,贾立,李新,等. 非均匀下垫面地表蒸散发观测与遥感估算的理论与方法[Z]. 基础理论,2014.