导　　师： 夏军;李召良

学科专业： G0501

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 中国科学院地理科学与资源研究所

摘　　要： 遥感反演区域蒸散是解决地面站点过少、观测资料不足的最佳途径之一。但传统的蒸散模型较低的时间分辨率限制了蒸散相关领域的进一步发展，对区域生态需水的研究正是如此。为此，本文基于高时问分辨率的静止气象卫星数据发展了一个区域蒸散时间序列反演模型，将其应用到淮河蚌埠以上农业区，分析河道外生态需水的日、月时间变化规律。为了进一步分析研究区生态需水的空间分布规律，提出了一种适合于多闸坝河流河道内生态需水计算的方法，利用它计算了研究区河道内生态需水。最后将研究区河道内、外生态需水进行耦合，分析研究区春旱季节生态需水的空间分布格局。本文取得的主要成果如下： (1)构建了一个基于高时间分辨率静止气象卫星的陆面区域蒸散模型(LAND REGIONALEVAPOTRANSPIRATION MODEL BASED ON HIGH TEMPORAL RESOLUTION GEOSTATIONARY SATELLITE DATA，LREMHT)。它基于非线性函数(傅立叶级数)，是一个反演潜热通量(LE)时间序列的纯遥感模型，计算时不需要地面资料的支持。基于静止气象卫星数据，时问分辨率最高可达15MIN，空间分辨率最高为3公里。模型核心是由静止气象卫星反演的地表温度(LST)来反演感热通量(H)的时间序列。该部分由两个子模型构成：单因素变动子模型和多因素联动子模型。单因素变动子模型函数形式简单，模型参数少，率定所需的观测数据少，适用于一日内仅一个环境参数变动，使用时需分析环境参数的日变化过程是否满足单因素变动子模型的条件；多因素联动子模型适用于多个环境参数同时变动幅度较大的情况，但模型参数较多，率定需要的观测数据较多。利用全球通量网络FLUXNET的地面站通量数据，使用欧洲静止气象卫星MSG/SEVIRL在西班牙对LREMHT的单因素(反照率)变动子模型进行了初步应用和地面验证。结果表明：应用效果良好，具有较小的模拟误差(RMSE＜20WM-2)和较高的模拟精度(NASH效率系数大于0.9)，可推广应用到其它地区。 (2)将LREMHT应用到中国淮河流域，计算蚌埠以上农业区的蒸散发，分析了春旱季节河道外生态需水。首先根据气候下垫面条件的相似性，选择中国禹城试验站，利用其地丽通量资料对模型进行了率定，然后利用中国静止气象卫星FY-2C/S-SVISSR结合MODIS/TERRA数据反演得到了研究区的蒸散发。农业区以人工植被/作物为主，河道外生态需水主要组成部分是植被腾发。4月份正值作物生长旺季，地表覆盖度较高，植被腾发足区域蒸散发的主体，因此，可把区域蒸散发当作研究区河道外生态需水，分析河道外生态需水的时间变化规律。对2005年4月份研究区河道外生态需水的日、月时间变化规律进行分析，结果表明： A)一日内研究区植被对水的需求在日出前后最低。日出前后，净辐射能量最低，植被生命过程缓慢，对水的需求最低。日落附近地面长波辐射强烈，不一定是生态需水最小时刻。 B)植被需水最强烈的时刻，是能量交换最强烈的时刻，此时土壤蒸发也强烈，因此，可以选择日出前后灌溉作物，以减少土壤无效蒸发，提高水分利用效率。 C)处于春早季节的2005年4月份，生态需水最大值出现时刻往后推移：上旬的最大值在 11时前后，中旬的最大值在13时前后，而下旬的最大值出现在14时前后。 D)2005年4月份植被生态需水日总量呈现递增趋势。 (3)提出了改进的生态水力半径法(ADAPTED ECOLOGICAL HYDRAULIC RADIUS APPROACH，AEHRA)。该方法适于计算多闸坝河流河道内生态需水，隶属于水力学法，可输出河道内生态半径、生态需水及生态水位，方便了闸坝调度，输出结果时间尺度为月。 (4)利用AEHRA计算了4月份淮河75座典型闸坝的河道内生态需水，基于了流域将其分配到研究区表面，重采样后与4月平均的河道外生态需水进行耦合，得到了研究区4月份生态需水的空间分布。结果表明： A)2005年4月份，蚌埠以上农业区总生态需水量基本上呈现出北高南低、西高东低的趋势，在研究区的西北农业区生态需水量较大； B)生态需水在研究区内以斑块不连续出现，这与研究区内植被不均一状况相符； C)在河流上游地区(研究区的北、两、南三面)生态需水量较高，这是由于上游地区长期闸坝蓄水，河道水流断面较宽，生物较多，需要比其它地区更多的生态需水来维持河流生态健康。因此，要求研究区能提供较多的地表汇流，补充河道内生态基流。 本文提出的LREMHT区域蒸散模型突破了传统遥感蒸散模型时间分辨率过低的瓶颈，在农业、生态、水文等相关领域具有一定的应用价值；提出了AEHRA方法，计算多闸坝河流河道内生态需水，这对研究闸坝河流水生态，恢复河流健康具有一定的理论和实践意义；淮河流域蚌埠以上农业区属于平原区，植被覆盖均匀，以人工植被/作物为主，4月份正值春旱缺水季节，分析该农业区4月份生态需水量的时间空间分布格局，对加强区域水资源的优化管理、合理取用水具有重要的现实意义。 关键词：高时间分辨率，静止气象卫星，陆面区域蒸散，傅立叶级数，河道外生态需水，改进的生态水力半径法，河道内生态需水，淮河

分 类 号： [TH7 TV9]

领　　域： [机械工程] [机械工程] [水利工程]