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1、基于三溫模型估算流域日蒸散發(fā)EstimationofDailyEvapotranspirationbyThree-temperaturesModelatLargeCatchmentScale11,2,111熊育久,邱國玉*,尹婧,趙少華,王佩11,2,111Y.J.Xiong,G.Y.Qiu*,J.Yin,S.H.Zhao,P.Wang1北京師范大學資源學院1CollegeofResourcesScienceandTechnology,BeijingNormalUniversity2地表過程與資源生態(tài)國家重點實
2、驗室(北京師范大學)2StateKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandResourceEcology(BeijingNormalUniversity)引言[1-3]三溫模型是近年提出的一種估算蒸散發(fā)、評價環(huán)境質(zhì)量的簡單模型。模型的核心是表面溫度、參考表面溫度與氣溫。實驗表明,該模型在田間尺度具有良好精確度,并且簡單[4-8]易行。因此,本文結合遙感數(shù)據(jù),嘗試將三溫模型推廣應用于估算流域尺度的蒸散發(fā)。三溫模型理論基礎三溫模型的理論基礎是地表能量平衡方程。在假設自然下墊面是由
3、裸露土壤、植被完全覆蓋區(qū),以及兩者的混合體構成后,Qiu等人通過引入?yún)⒖纪寥烂妫ǜ稍锿寥溃瑹o蒸發(fā))、[1-3]植被參考面(無蒸騰)和植被覆蓋度,分別推導出三種下墊面蒸散發(fā)的算法:土壤蒸發(fā):TT?saERGRG=???()(1)nnddTT?sda22其中:Rn為凈輻射通量(W/m),G為土壤熱通量(W/m);Ts是土壤溫度(℃),Tsd是參考2土壤的表面溫度(℃),Ta是氣溫(℃);Rnd是參考土壤的凈輻射通量(W/m),Gd是參考土2壤熱通量(W/m)。植被蒸騰:TT?caLT=?RR(2)nnpTT?cpa
4、2其中:Rn為凈輻射通量(W/m),Tc是植被的表面溫度(℃),Tcp是參考植被的表面溫度(℃),2Ta是氣溫(℃);Rnp是參考植被的凈輻射通量(W/m)?;旌蠀^(qū)的蒸散發(fā):ETf=?×+×(1)EfT(3)項目資助基金:國家自然科學基金(40771037)、973項目北方干旱化及其人類適應(2006CB400505)第一作者:熊育久,男,博士研究生。E-mail:xiongyj@ires.cn*通訊作者:邱國玉,教授/博導。Tel./Fax:+861058802716;E-mail:gqiu@ires.cnN
5、DVI?NDVIminf=(4)NDVI?NDVImaxmin[9]其中:f是植被覆蓋度;NDVI是歸一化植被指數(shù),NDVImax、NDVImin分別是100%植被覆蓋區(qū)與裸露土壤的NDVI值。模型應用與驗證結合TM影像(P128R35,1987年8月28日),將三溫模型應用于黃土高原的涇河流域。在三溫模型中:氣溫可利用氣象資料插值;地表溫度可利用TM影像反演;裸露土壤或完全植被覆蓋區(qū)的參考面可以認為是兩種地類中具有最高溫度的像元;凈輻射與土壤熱通量[10]可通過下面公式反演:4R=?(1α)RRT+εε?σ(
6、5)nswdlwdsGR=Γ+?Γ?[(1)f(Γ)](6)ncsc其中:α是地表反照率;Rswd、Rlwd分別為入射的短波、長波輻射;ε是地表發(fā)射率;σ是Stefan-Bolzmann常數(shù);Ts是地表溫度;f為植被覆蓋度;Гc、Гs均為經(jīng)驗系數(shù)。至此,根據(jù)三溫模型可計算出衛(wèi)星過境時的瞬時蒸散發(fā)(見圖1與圖2)。再根據(jù)謝賢[11]群的研究結果,可將瞬時結果轉化為日蒸散(見圖3與圖4)。圖1三溫模型估算的瞬時蒸散發(fā)(mm/h)圖2瞬時蒸散發(fā)(mm/h)的直方圖圖3日蒸散結果(mm/d)圖4不同覆蓋條件下日蒸散(m
7、m/d)的直方圖由于暫時沒有實測的蒸散結果,此次驗證采用SWAT模型中的Penman-Monteith公式驗證三溫模型估算結果。由于P-M公式的結果是基于子流域,而不是像元,所以驗證的是三溫模型反演的各個子流域的平均值,見表1。表1三溫模型估算結果與P-M法結果比較蒸散發(fā)(mm/d)絕對誤差子流域SWAT(P-M)三溫模型(mm/d)61.88**72.352.440.1092.402.490.09a112.562.880.32完整120.923.742.81152.392.510.12162.882.350.
8、53192.842.440.40b平均值2.472.520.05a部分32.862.340.5243.352.730.6250.923.042.1283.372.420.96103.422.411.01133.682.391.29142.872.500.37173.442.111.33232.933.270.34252.943.630.69注:a:完整表示所采用的子流域都包含在TM影像