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第四章 地表能量平衡与土壤水分遥感 地表能量平衡遥感研究 能量平衡 --- Energy balance Energy balance on a regional scale 一、地表净辐射（Rn） Radiation balance Measuring components of radiation balance Measuring components of radiation balance Measuring components of radiation balance 1、地表反照率的反演 雪被区表面反照率反演[3] 2、地表温度的反演 一天内的温度与能量变化 Radiation and Energy Balances 二、土壤热通量（G） 三、感热通量（H） 粗糙度的反演 植被高度的遥感反演 the turbulent boundary-layer 四、潜热通量（即蒸散）LE 1．一层模型 （又称单层模型） 2．二层模型 （又称双层模型） 应用实例：遥感区域蒸发量估算 地表蒸散的估算 城市/乡村地表能量平衡的遥感定量分析 （1） 数据的采集及预处理 （2） 地表生物物理参数反演 （3） 地表能量平衡模型分析 B．表面水分利用率（SMA）的参数化 C．模型计算 D．模型评估 参考文献 1 参考文献 2 潜热通量(Latent heat flux)表征下垫面与大气间水分蒸发的热交换，即地表吸收辐射能与蒸发耗热的热交换，指地面蒸发或植被蒸腾、蒸发的能量，又称蒸散。 彭曼（Penman）蒸散方程把植被看作一个整体，假定植物冠层（主指作物冠层）为一片大叶，潜热交换发生在叶面上，则得出冠层的潜热通量，可表达为： 式中， 为温度 Ts 时的饱和水汽压； 为与温度 Ta 同高度处的空气水汽压； 为空气动力学阻力，它阻碍由地面向大气的热量与质量的输送; 可通过测风速、粗糙度→代入湍流模型求得； 为下垫面表面阻力，是大气、植被、土壤因子的函数； 可通过叶面积指数 LAI 和叶子的水势φ，或地面干湿的 标定资料求得 。 为干湿球常数； L、 、 、 均为常数。 LE 方程 与 H 方程相似，仅用水汽压代替了温度。 式中， 为饱和水汽压对温度的斜率 ， 在潜在蒸散情况下，表面阻力 近似取零，则潜在蒸散 LEP为： PM蒸散方程是以净辐射通量Rn为主的蒸发模型。它综合了能量平衡法与空气动力学法的特点，被广泛应用。但是它涉及到不少难以精确测定或估算的非遥感参数。而且，由于忽略土壤蒸发，PM式适用于稠密植被状态下的单层模型，而并不适用于稀疏植被和作物全生长期的蒸散计算。 若叶冠温度等于蒸发表面温度，则得Penman-Monteith实际蒸散方程（PM式）为 ： 地-气热量平衡研究中，界面的表面温度是十分重要的信息。遥感研究则主要通过获取界面与空气的温度差，它受到土壤--大气的耦合影响。 表面温度—光谱模型是以表面温度为主的蒸发模型,可表示为： 式中，d 为在参考高度的水汽饱和差； Tc 为下垫面表面温度（可由热红外遥感数据经模型反演求得）； Ta 为空气温度； 为饱和水汽压对温度的斜率。 为冠层群体表面阻力，与叶子水势 、光照强度 I 及叶面积 指数 L 有关，其中 、I、L均可通过多光谱遥感数据及 相关模型来推算。 一层蒸发模型是把地表作为一个边界层来研究其传输过程。 但是，部分植物覆盖下，因植、土的热特性不同，则对下垫面总蒸散的贡献不一，情况复杂得多。 植被冠层对地气界面的气流来说是粗糙的，且是可穿透的面。植被的粗糙性使湍流增强，使感热和潜热输送比裸露地面要强。 对于土壤-大气和植物-大气两个界面，共有6个基本要素：土壤表面温度（Ts）、土壤表面水汽压（es）、植物冠层表面温度（Tv）和水汽压（ev），在热交换有效高度的空气温度（Tb）和水汽压(eb)。 二层能量平衡模型把表面净辐射（Rn）分解为植物冠层表面辐射（ ）和土