etwatchet遥感监测系统-中国节水灌溉网.doc

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区域蒸散遥感监测与应用分析吴炳方闫娜娜熊隽杨雷东中国科学院遥感应用研究所蒸散即蒸腾蒸发量指植被蒸腾和土壤蒸发的总和蒸散是水循环中的一个重要组成部分受大气土壤植被等很多要素的影响随着遥感技术的不断发展蒸散发估算方法理论研究得到了长足的进步蒸散估算精度的提高使得蒸散的应用在全球也得到了相应的推广在农业灌溉和管理水资源管理旱情监测等方面都能发挥其重要的作用估算旨在提供以下决策信息多少水蒸发到大气中监测作物和旱情评价灌溉系统的执行情况改善天气预测对进行了改进提出模型进行估算并在州的两条流域进行了成功的应

区域蒸散遥感监测与应用分析 吴炳方 闫娜娜 熊 隽 杨雷东 中国科学院遥感应用研究所 蒸散即蒸腾蒸发量(ET)指植被蒸腾和土壤蒸发的总和。蒸散是水循环中的一个重要组成部分,受大气、土壤、植被等很多要素的影响。随着遥感技术的不断发展,蒸散发估算方法理论研究得到了长足的进步[2-3,7-8,16-17], 蒸散估算精度的提高使得蒸散的应用在全球也得到了相应的推广,在农业灌溉和管理、水资源管理、旱情监测等方面都能发挥其重要的作用。 ET估算旨在提供以下决策信息:多少水蒸发到大气中;监测作物和旱情;评价灌溉系统的执行情况;改善天气预测。Allen[1]对SEBAL进行了改进,提出Metric模型进行ET估算,并在Idaho州的两条流域进行了成功的应用。在新墨西哥州已将ET估算作为一个工具集成到现有的两个决策支持系统中:农业水资源决策支持(AWARDS)和栅格地表地下水文分析模型(GSSHA)[12],在埃及,Mohamed基于SEBAL的ET估算结果用于尼罗河子流域的水平衡分析[13],为水资源管理服务。在印度,将遥感估算的ET应用到2001-2002年早春季节小麦、雨季水稻的用水生产力估算中指导农业生产[14]。在中国黄河三角洲基于SEBAL算法估算ET[20],进而分析各灌区的灌溉需水量,通过灌溉指标的计算评价各灌区的灌溉效率。在中国海河流域基于ETWatch估算2002-2006年ET[22-23],并应用蒸散结果进行降雨盈亏分析、灌溉水量分析和水量平衡分析等。 随着遥感技术的发展,区域蒸散的估算精度会大大提高,遥感估算蒸散在区域水管理中的应用也会越来越广。但是由遥感监测得到的蒸散数据有其自身的特点,理解和掌握这些特点是应用好遥感蒸散数据的基础。本文结合馆陶县和大兴县的遥感蒸散数据,进行应用分析。 1. 蒸散估算方法 目前在区域尺度上估算地表蒸散主要有两种方法:一是使用遥感表面辐射温度结合气温以及系列阻抗公式求取显热,通过能量平衡余项表示蒸散;二是在Penmon-Monteith公式(下文中简称为P-M式)的基础上,用地温-植被指数或其他方式来推算P-M公式中的表面阻抗,直接进行蒸散计算。一般认为前者精度较高而后者因其参数较为简单而易于应用。受云或其它大气因素的影响,遥感在非晴好天气时无法获得可用的可见光和热红外数据,因此所获得的陆面参数实际上在时间上是不连续的,因此要充分利用晴好遥感数据和气象观测数据。 本文所用的蒸散数据采用ETWatch系统[23]计算,该系统利用多源遥感数据(Landsat TM和MODIS/AVHRR),采用余项式与P-M方程相结合的方法计算蒸散。以Penman-Monteith方程为基础,采用多时相的可见光/热红外遥感数据,以及每日常规气象数据,建立下垫面表面阻抗模型,使用邻近晴好日的阻抗外推得到有云日的阻抗,利用逐日气象数据与遥感反演参数,获得逐日连续的蒸散,形成业务化的区域尺度上陆面蒸散遥感监测处理链(图1)。 图1 ETWatch工作流程示意图 2. 馆陶县概况 馆陶县地处河北省南部、漳卫南海河流域, 在东经115.01~115.46和北纬36.46~36.78之间,总面积456.3平方公里。属于暖温带半湿润地区大陆型季风气候,多年平均降雨量548.7mm。馆陶县为冲洪积平原,耕地面积48.4万亩,有效灌溉面积占83%。据2001年的统计资料,农业占全县社会总产值的60%以上,是典型的农业县。种植作物小麦、玉米和棉花为主。 70年代大规模开发利用地下水,到目前为止地下水位超采很严重,地下水位已经下降到20.66m。尽管卫运河是馆陶县地表水的主要来源,由于卫运河自80年代后经常断流,在雨汛期获取的水也只能用于侧向补给地下水。减少开采地下水,实现地下水的可持续利用是县地下水管理规划的重点。馆陶县已经开展应用蒸散技术提高地下水管理的措施,于2004年月由县政府批转出台了以ET为水权决策基线的可操作的《水资源分配与水权体系建设方案》,并采取各种节水措施降低ET,把ET理论投入实际应用。居民地 表1 不同土地利用类型面积统计/km2 类型 面积 水体 4 乔木绿地 城镇居民地 农村居民地 40.9 自然裸露地 道路 3.0 0.7% 耕地 388 合计 455.6 100% 图3 2005年土地利用分布图 3 馆陶县蒸散估算 天气状况和下垫面特征同时影响着区域蒸散,形成了区域蒸散的时空分布格局。相同的下垫面,不同的天气状况蒸散不同;相同的天气状况,下垫面不同蒸散亦不同。不同时期,大气条件和下垫面的变化,使得蒸散在时间上具有不同的特征。 图3所示为应用ETWatch系统估算的2002-2006年馆陶

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