大尺度蒸散发遥感估算及其在美国本土的时空分布特征研究

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蒸散发是地表水分循环和能量平衡的重要组成成分。准确估算蒸散发,对水资源可持续利用和生态环境保护具有现实意义。然而,当前蒸散发估算需要大量地面观测数据,如何在无测站区域或观测资料匮乏地区进行蒸散发模拟估算,一直是水文学研究中的难点。随着遥感技术的兴起,大量的遥感数据在蒸散发研究中发挥越来越重要的作用。本文以遥感为主要技术手段,选取了美国本土(the Continental United States,CONUS)作为研究区域,利用该地区SMAP被动微波遥感数据和MODIS遥感数据为数据源,实现了2017年美国本土日尺度蒸散发的遥感估算。同时,研究了该地区陆面蒸散发时空变化特征及其影响因子,并对不同土地覆被类型的耗水量差异进行重点分析。在估算美国本土蒸散发时,本文首先利用2017年部分MODIS遥感数据,通过其中的太阳天顶角和地表温度数据之间的经验关系建立余弦函数关系,基于地表温度-植被指数特征空间法,以每个SMAP像元大小(36km)为一个小研究区,求解各小研究区的干湿边界。之后以SMAP数据作为数据驱动,对干边中的参数进行优化,求得优化后的干边。干湿边界已知条件下,得到1km分辨率的修订型温度植被干旱指数(Modified Temperature Vegetation Dryness Index,MTVDI),进而通过日尺度不变假设求得日尺度蒸发比。最终结合GLASS-NR数据求得日尺度蒸散发。结果表明:(1)2017年美国本土陆面蒸散发在年内呈单峰型分布,主要集中在4-9月;空间分布格局主要受地形、气候影响,由西到东呈高-低-高格局。(2)陆面蒸散发在站点尺度与海拔高度之间呈负相关性,相关系数为-0.58,在0-3360m之间呈单谷型分布;陆面蒸散发与降水量在站点尺度上呈高度正相关性,相关系数为0.87,变化趋势大体一致。(3)不同土地覆被类型单位面积耗水量具有永久湿地>林地>农田>城镇与建成区>草地>灌木林>裸地的明显特征;受土地覆被分类系统差异影响,耗水总量最高的土地覆被类型分别为草地和林地。该论文有图21幅,表13个,参考文献79篇。
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