本文關(guān)鍵詞： 生長(zhǎng)季蒸散 遙感 模型對(duì)比 模型驗(yàn)證　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：黑河中游流域是典型的干旱荒漠綠洲區(qū),對(duì)流域水資源有顯著影響的土地覆蓋類型有農(nóng)田、防護(hù)林、綠洲-荒漠過渡帶人工草地和荒漠植被等,了解不同土地覆蓋類型蒸散量的時(shí)空變化特征對(duì)于流域水資源的合理配置與利用具有十分重要的意義。本論文利用Landsat系列衛(wèi)星影像資料,結(jié)合地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)、物候觀測(cè)數(shù)據(jù)和土地覆蓋類型,將METRIC模型應(yīng)用于黑河中游,分析了樣帶尺度蒸散量的時(shí)空變化特征;在不同時(shí)間尺度、不同土地覆蓋類型,采用渦度觀測(cè)蒸散數(shù)據(jù)對(duì)三種基于干濕限空間特征法的遙感蒸散模型的估算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證和對(duì)比;利用樣帶內(nèi)63個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)和Hydrus-1D模擬蒸散數(shù)據(jù),在像元尺度分析METRIC模型估算季節(jié)尺度蒸散量的準(zhǔn)確性,并利用空間插值方法將Hydrus-1D模擬的蒸散數(shù)據(jù)擴(kuò)展到樣帶尺度,與METRIC的估算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。主要研究成果如下:(1)提出在干旱區(qū)應(yīng)用METRIC模型估算不同土地覆蓋類型的蒸散時(shí),需要將研究區(qū)根據(jù)下墊面特征劃分為子區(qū)域,分別選取干點(diǎn)運(yùn)行模型。綠洲區(qū)與荒漠區(qū)下墊面土壤性質(zhì)、植被分布等差異顯著,不同土地覆蓋類型蒸散為零的像元地表溫度可能存在較大差異。研究結(jié)果表明:干點(diǎn)溫度每降低2 K,區(qū)域顯熱通量平均值可增加10-30 W/m2;不同干點(diǎn)選擇影響不同土地覆蓋類型蒸散量估算結(jié)果。利用渦度觀測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證黑河中游METRIC模型估算結(jié)果,發(fā)現(xiàn):在荒漠區(qū)和綠洲區(qū)分別選取干點(diǎn),METRIC模型可以滿足黑河中游干旱區(qū)不同時(shí)間尺度蒸散量的估算需求。(2)分析了黑河中游樣帶尺度不同土地覆蓋類型生長(zhǎng)季蒸散量時(shí)空變化特征。不同土地覆蓋類型日蒸散量差異明顯,水體(河渠、水庫(kù)坑塘和沼澤地)蒸散量最大,其他土地覆蓋類型蒸散量從高到低依次為:農(nóng)田、灘地、林地、過渡帶(灌木林地、疏林地、草地)、未利用土地(沙地、戈壁和鹽堿地);各土地覆蓋類型月蒸散量均在7月達(dá)到最大值。農(nóng)田蒸散量主要隨作物生長(zhǎng)階段進(jìn)行變化,月際差異最大;灘地受降水影響較大,在較大降水之后,蒸散量接近潛在蒸散量。林地及過渡帶月際變化較小。未利用土地蒸散受降水影響明顯,7月-8月蒸散量最大。受到作物種類及生長(zhǎng)年限、土壤性質(zhì)、地下水水位等影響,相同地類蒸散量的空間變化也很顯著。(3)在不同時(shí)間尺度,利用站點(diǎn)渦度觀測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了METRIC、Ts-VI、SSEB在干旱荒漠綠洲區(qū)的蒸散估算精度;并對(duì)比了三種方法估算不同土地覆蓋類型的蒸散量。結(jié)果表明:METRIC模型在瞬時(shí)、日、月的不同時(shí)間尺度蒸散驗(yàn)證中,估算精度都較高,而SSEB模型和Ts-VI三角法估算蒸散量的精度,與像元可利用能量、最大可能蒸散量等的估算精度密切相關(guān)。在農(nóng)田區(qū),三種模型的估算結(jié)果都較為一致;在荒漠區(qū)及荒漠-綠洲過渡帶子區(qū)域的低值區(qū),SSEB模型和Ts-VI三角法表現(xiàn)出明顯的高估趨勢(shì)。在估算非衛(wèi)星過境日蒸散時(shí),不同土地覆蓋條件推薦采用不同的時(shí)間尺度擴(kuò)展方法,建議在綠洲區(qū)采用參考蒸散比不變法,在荒漠區(qū)采用蒸發(fā)比不變法。(4)利用樣帶內(nèi)63個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水分?jǐn)?shù)據(jù)和Hydrus-1D模擬蒸散量,分析了METRIC估算不同土地覆蓋類型蒸散量在季節(jié)尺度的分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn):在像元尺度上,應(yīng)用METRIC和Hydrus-1D模型得到的農(nóng)田蒸散估算結(jié)果在日、月、季節(jié)尺度均具有較好的一致性;但在估算荒漠蒸散時(shí),日蒸散值存在“失真”現(xiàn)象。在估算月尺度或季節(jié)尺度蒸散時(shí),這種影響將會(huì)降低,METRIC模型估算的月蒸散總量和季節(jié)蒸散總量與Hydrus-1D模擬結(jié)果仍具有較好的一致性。此外,在地表資料(氣象數(shù)據(jù)、土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)、植被結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),灌溉數(shù)據(jù)等)充足的條件下,Hydrus-1D雖然可以提供準(zhǔn)確的像元尺度ET的變化特征,但無(wú)法通過簡(jiǎn)單的地統(tǒng)計(jì)方法將像元ET擴(kuò)展到樣帶或區(qū)域尺度。
[Abstract]:The middle reaches of Heihe basin is a typical oasis in arid desert area, has a significant impact on water resources in the basin land cover types farmland protection forest belt, artificial grassland and desert vegetation in oasis desert transition, to understand the spatial and temporal variation characteristics of evapotranspiration of different land cover types of great significance for the rational allocation and utilization of water resources in the basin has. This paper uses Landsat series of satellite image data, combined with meteorological data, phenological observation data and land cover types, the application of METRIC model in the middle reaches of Heihe, analyzes the transect scale spatial and temporal variation characteristics of the bulk vapor; scale at different time, different land cover types, the vorticity observation data of three evapotranspiration for estimating evapotranspiration model and limited space feature method based on the results of the verification and comparison; utilization of water soil within the transect of 63 monitoring points and data points Hydrus-1D simulation of evapotranspiration data in pixel scale analysis of METRIC model to estimate the accuracy of seasonal evapotranspiration, and the evapotranspiration data using spatial interpolation method Hydrus-1D simulation is extended to the transect scale, compared with the METRIC estimation results. The main research results are as follows: (1) proposed to estimate evapotranspiration of different land cover types in the application of METRIC drought model, need to study area according to the features of the underlying surface is divided into sub regions, were selected to do the operation model. The surface area and soil properties of desert oasis, vegetation distribution and other significant differences in different land cover types, evapotranspiration may be zero pixel surface temperature has a significant difference. The results show that: the temperature of each point by 2 K, the average area of sensible heat flux can be increased by 10-30 W/m2; effect of different land cover types of evapotranspiration estimation results of different choices. By using vorticity observation point Data validation in the middle reaches of Heihe METRIC model estimation results, that were selected do in desert and oasis area, METRIC model can meet the demand of different time scales to estimate evapotranspiration in arid area in the middle reaches of Heihe. (2) analysis of the middle reaches of Heihe River transect scale in different land cover types growing season evapotranspiration temporal variation characteristics of different land cover. The type of daily evapotranspiration significantly, water (river, reservoir and pond and swamp evapotranspiration) maximum evapotranspiration, other land cover types from high to low: farmland, woodland, beach, transition zone (shrub forest, woodland, grassland, unused land (sand), Gobi and salina) the land cover types; monthly evapotranspiration amount reached the maximum in July. Farmland evapotranspiration with the major crop growth stage changes, the largest monthly difference; beach affected by precipitation in large, large precipitation, evapotranspiration close to potential In the transition zone and forest evapotranspiration. Monthly variation is small. The unused land evapotranspiration was affected by precipitation and evapotranspiration. The maximum -8 months of July by crops and different growth years, soil properties, effects of groundwater level, the same kind of spatial variation of evapotranspiration is also significant. (3) in different time scales. Validation of the METRIC, using the site vorticity data of Ts-VI, SSEB in the arid desert oasis evapotranspiration estimation accuracy; and compares the estimated evapotranspiration of different land cover types of three methods. The results show that the METRIC model in the day, the month is not instantaneous, with time scale evapotranspiration verification, the estimation accuracy is high, and the SSEB model and the Ts-VI triangulation method for estimating evapotranspiration accuracy and pixel energy availability estimation accuracy, the maximum potential evapotranspiration is closely related. In farmland area, estimation results of the three models are more consistent; in the desert area and desert green The low value zone of transition belt Delta region, SSEB model and Ts-VI triangulation method showed obvious overestimation of the trend. In the estimation of non satellite transit daily, the condition of different land cover recommended by different time scale expansion method, recommended reference evapotranspiration in oasis in the desert area ratio method, the evaporation ratio method. (4) simulated evapotranspiration using transect 63 monitoring points in the water data and Hydrus-1D, analyzes the METRIC estimation of different land cover types in evapotranspiration distribution, seasonal scales found on pixel scale, evapotranspiration estimation results obtained using METRIC and Hydrus-1D model in the day, month, season scale has good consistency; but in the estimation of evapotranspiration in desert, there are "distortion" in the daily value. In the estimation of monthly or seasonal scale evapotranspiration, this effect will be reduced, the monthly evapotranspiration model to estimate METRIC The total and seasonal evapotranspiration with the simulation results of Hydrus-1D still have good consistency. In addition, the data (surface meteorological data, soil moisture data, vegetation structure data, irrigation data etc.) under the condition of enough variation while Hydrus-1D can provide accurate pixel scale of ET, but not by simple statistical methods to the ET pixel is extended to transect or regional scale.

【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S181

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本文編號(hào)：1548962