基于遙感數(shù)據(jù)的區(qū)域地表感熱/潛熱通量反演方法及系統(tǒng)與流程

本發(fā)明涉及區(qū)域地表感熱/潛熱通量的反演方法及系統(tǒng)。更具體地，涉及基于遙感數(shù)據(jù)的區(qū)域地表感熱/潛熱通量反演方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：區(qū)域地表感熱/潛熱通量的反演是流域水資源管理、農(nóng)作物灌溉制度制定、農(nóng)業(yè)用水效率評(píng)價(jià)、區(qū)域旱情監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)節(jié)水等應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)，同時(shí)也是構(gòu)建土壤-植被-大氣連續(xù)體能量和水量遷移轉(zhuǎn)換，進(jìn)行陸-氣耦合模擬研究的前提。區(qū)域地表感熱/潛熱通量的反演結(jié)果能夠?yàn)樗?、農(nóng)業(yè)、林業(yè)專業(yè)技術(shù)人員提供重要的下墊面狀況信息，為輔助決策提供重要支持信息。遙感作為地面觀測(cè)的重要手段，為區(qū)域地表感熱/潛熱通量的反演提供了重要的技術(shù)手段。現(xiàn)有的基于遙感的地表感熱/潛熱通量的方法主要分為如下幾類：統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、地表能量平衡模型、地表溫?植被指數(shù)特征空間模型、地表阻抗類模型。統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯⒄军c(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)同遙感數(shù)據(jù)結(jié)合，建立地表感熱/潛熱通量的經(jīng)驗(yàn)回歸關(guān)系，統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵蕾囉诘乇碛^測(cè)數(shù)據(jù)，可移植性差，難以應(yīng)用于區(qū)域地表感熱/潛熱通量的估算。地表能量平衡模型包括單層模型和雙層模型，單層模型將下墊面植被和土壤統(tǒng)一考慮，代表性模型如SEBAL模型和SEBS模型。由于遙感反演的地表溫度和地表空氣動(dòng)力學(xué)溫度的差異，導(dǎo)致單層模型的應(yīng)用和推廣存在較大的不確定性。雙層模型則將下墊面土壤和植被分開考慮，分別計(jì)算土壤和植被的感熱/潛熱通量，代表性模型如TSEB模型。雙層模型參數(shù)眾多，實(shí)際操作和應(yīng)用受到限制。地表溫度-植被指數(shù)特征空間模型基于遙感反演的地表溫度和植被指數(shù)構(gòu)成的二維空間來反演下墊面的感熱/潛熱通量信息。但特征空間的邊界確定存在較大的主觀性和不確定性。地表阻抗類模型是將遙感反演的下墊面參數(shù)同傳統(tǒng)的感熱/潛熱模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)區(qū)域尺度感熱/潛熱通量的估算。水汽阻抗的參數(shù)化是地表阻抗類模型的關(guān)鍵，區(qū)域尺度水汽阻抗的刻畫仍然存在較多不足。目前，基于遙感的地表感熱/潛熱通量模型方法仍然具有較大的不確定性，現(xiàn)有的模型方法中，仍然沒有一種能夠有效的解決無資料區(qū)、復(fù)雜非均勻下墊面的地表感熱/潛熱通量估算問題。尤其是無資料區(qū)、復(fù)雜非均勻下墊面的地表感熱/潛熱通量缺乏有效的觀測(cè)手段，是目前研究和實(shí)際應(yīng)用的難點(diǎn)。因此，需要提供一種基于遙感數(shù)據(jù)的區(qū)域地表感熱/潛熱通量反演方法和系統(tǒng)，以解決上述問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供基于遙感數(shù)據(jù)的區(qū)域地表感熱/潛熱通量反演方法及系統(tǒng)，在不依賴風(fēng)速和不需要地表空氣動(dòng)力學(xué)阻抗相關(guān)參數(shù)的模型情況下實(shí)現(xiàn)區(qū)域地表感熱/潛熱通量的反演。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：基于遙感數(shù)據(jù)的區(qū)域地表感熱/潛熱通量反演方法，包括以下步驟：S1：確定研究區(qū)域和遙感數(shù)據(jù)，所述遙感數(shù)據(jù)為Landsat、ASTER或MODIS遙感數(shù)據(jù)；S2：根據(jù)所述遙感數(shù)據(jù)或/和研究區(qū)域站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)制備遙感地表參數(shù)和區(qū)域氣象參數(shù)，其中，所述遙感地表參數(shù)包括：歸一化植被指數(shù)NDVI、植被覆蓋度f、反照率albedo、地表比輻射率Emiss、地表溫度Ts、葉面積指數(shù)LAI；所述區(qū)域氣象參數(shù)包括：空氣溫度Ta和相對(duì)濕度RH；S3：根據(jù)所述遙感地表和區(qū)域氣象參數(shù)進(jìn)行凈輻射通量Rn反演；S4：根據(jù)所述葉面積指數(shù)LAI、空氣溫度Ta以及凈輻射通量Rn進(jìn)行土壤熱通量G反演；S5：根據(jù)所述植被覆蓋度f和地表溫度Ts的理論二維空間以及感熱通量H估算的溫度廓線方程進(jìn)行輻射-對(duì)流阻抗rae反演；所述感熱通量H估算的溫度廓線方程為：H=ρCPTaero-Tara=ρCPTs-Tara+rex=ρCPTs-Tarae---(1)]]>其中，ρ為空氣密度；Cp為空氣定壓比熱；Taero為動(dòng)力學(xué)溫度；Ta為空氣溫度；ra為空氣動(dòng)力學(xué)阻抗；Ts為地表溫度；rex為調(diào)和地表溫度和空氣動(dòng)力學(xué)溫度的附加阻抗；rae為輻射-對(duì)流阻抗；基于所述凈輻射通量Rn、土壤熱通量G、值被覆蓋度f和地表溫度Ts的理論二維空間，感熱通量H估算公式為：H＝(Rn-G)-LE＝(Rn-G)-(1-WDI)Ep(2)其中，LE為潛熱通量；WDI為水分虧缺指數(shù)；Ep為潛在蒸散；所述潛在蒸散Ep采用下述P-T公式：Ep=1.26ΔΔ+γ(Rn-G)---(3)]]>其中，Δ為飽和水汽壓曲線斜率，γ為干濕表常數(shù)；所述水分虧缺指數(shù)WDI計(jì)算公式為：WDI=aa+b---(4)]]>其中，a為植被覆蓋度f和地表溫度Ts的理論二維空間干邊同估算點(diǎn)的溫差；b為植被覆蓋度f和地表溫度Ts的理論二維空間濕邊同估算點(diǎn)的溫差；計(jì)算公式分別為：a=(Ts-Ta)-f(Ts-Ta)C+(f-1)(Ts-Ta)Db=(1-f)(Ts-Ta)A+f(Tc-Ta)B-(Ts-Ta)---(5)]]>其中，(Ts-Ta)A=rae×(Rn-G)ρaCp(Ts-Ta)D=[rae(Rn-G)ρaCp]×γ(Δ+γ)-VPD(Δ+γ)(Ts-Ta)C=[rae(Rn-G)ρaCp][γ(1+rcprae)Δ+γ(1+rcprae)]-[VPDΔ+γ(1+rcprae)](Ts-Ta)B=[rae(Rn-G)ρaCp]×[γ(1+rcxrae)Δ+γ(1+rcxrae)]-[VPDΔ+γ(1+rcxrae)]---(6)]]>其中，Ta為空氣溫度；VPD為水汽虧缺，其由空氣相對(duì)濕度RH計(jì)算得到；rcp為植被最小冠層阻抗；rcx為冠層最大阻抗；聯(lián)立上述公式(1)(2)(3)(4)(5)(6)可得輻射-對(duì)流阻抗rae方程：c4rae4+c3rae3+c2rae2+c1rae+c0=0---(7)]]>其中，c4、c3、c2、c1以及c0為聯(lián)立公式(1)(2)(3)(4)(5)(6)所得系數(shù)，所述輻射-對(duì)流阻抗rae為輻射-對(duì)流阻抗rae方程(7)中實(shí)數(shù)解。S6：根據(jù)所述輻射-對(duì)流阻抗rae以及感熱通量H估算的溫度廓線方程(1)和感熱通量H估算公式(2)進(jìn)行區(qū)域地表感熱H/潛熱LE通量反演，其中，在極端干燥情況下，所述輻射-對(duì)流阻抗rae為所述實(shí)數(shù)解中最小值。優(yōu)選的，S3中凈輻射通量Rn計(jì)算公式為：Rn＝[Rsd×(1.0-albedo)+Emiss×Rld-Rlu]其中，Rsd為短波入射輻射，albedo為反照率，Emiss為地表比輻射率，Rld為大氣下行輻射，Rlu為地表上行輻射；所述短波入射輻射Rsd、大氣下行輻射Rld和地表上行輻射Rlu計(jì)算公式分別為：Rsd＝Gsc×dr×Tsw×cosθRld=1.24×(eaTa)0.14×δ×Ta4]]>Rlu＝δ×Emiss×Ts4其中，Gsc為太陽常數(shù)，大小為1367瓦/平方米；dr為日地距離修訂系數(shù)；Tsw為大氣透過率；θ為太陽天頂角；ea為水汽壓；Ta為空氣溫度；δ為斯特凡波爾茲曼常數(shù)；Ts為地表溫度，Emiss為地表比輻射率；所述日地距離修訂系數(shù)dr和所述大氣透過率Tsw計(jì)算公式為：dr=1+0.033×cos(nDays×2×PI365)]]>Tsw=0.35+0.627exp[-0.00146Pa(Ktcosθ)-0.075×(Wcosθ)0.25]]]>其中，nDays為一年中第n天；PI等于3.1415；W為大氣含水量，單位為mm；Kt為濁度系數(shù)，范圍在0到1之間；θ為太陽天頂角；Pa為大氣壓強(qiáng)。優(yōu)選的，S4中，所述土壤熱通量G反演過程如下：當(dāng)所述葉面積指數(shù)LAI≥0.5時(shí)，所述土壤熱通量G估算公式為：G＝[0.05+0.18exp(-0.521×LAI)]×Rn當(dāng)所述葉面積指數(shù)LAI＜0.5時(shí)，所述土壤熱通量G估算公式為：G＝1.80(Ts-273.15)+0.084×Rn其中，Ts為地表溫度。一種實(shí)現(xiàn)上述方法的反演系統(tǒng)，包括：初始化模塊，遙感地表參數(shù)和區(qū)域氣象參數(shù)制備模塊、凈輻射通量Rn反演模塊、土壤熱通量G反演模塊、輻射-對(duì)流阻抗rae反演模塊以及區(qū)域地表感熱H/潛熱LE通量反演模塊；其中，所述初始化模塊被配置為確定研究區(qū)域和遙感數(shù)據(jù)，所述遙感數(shù)據(jù)為Landsat、ASTER或MODIS遙感數(shù)據(jù)；所述遙感地表參數(shù)和區(qū)域氣象參數(shù)制備模塊被配置為根據(jù)所述遙感數(shù)據(jù)制備遙感地表參數(shù)和區(qū)域氣象參數(shù)，所述遙感地表參數(shù)包括：歸一化植被指數(shù)NDVI、植被覆蓋度f、反照率albedo、地表比輻射率Emiss、地表溫度Ts、葉面積指數(shù)LAI，所述區(qū)域氣象參數(shù)包括：空氣溫度Ta和相對(duì)濕度RH；所述凈輻射通量Rn反演模塊被配置為根據(jù)所述遙感地表和區(qū)域氣象參數(shù)確定凈輻射通量Rn；所述土壤熱通量G反演模塊被配置為根據(jù)所述葉面積指數(shù)LAI、空氣溫度Ta以及凈輻射通量Rn確定土壤熱通量G；所述輻射-對(duì)流阻抗rae反演模塊被配置為根據(jù)方程(7)確定所述輻射-對(duì)流阻抗rae；所述區(qū)域地表感熱H/潛熱LE通量反演模塊被配置為根據(jù)所述輻射-對(duì)流阻抗rae以及感熱通量H估算的溫度廓線方程(1)和感熱通量H估算公式(2)確定區(qū)域地表感熱H/潛熱LE通量，其中，在極端干燥情況下，所述輻射-對(duì)流阻抗rae為所述輻射-對(duì)流阻抗rae方程(7)實(shí)數(shù)解中最小值。優(yōu)選的，所述凈輻射通量Rn反演模塊根據(jù)短波入射輻射Rsd、反照率albedo、地表比輻射率Emiss、大氣下行輻射Rld以及地表上行輻射Rlu計(jì)算凈輻射通量Rn，計(jì)算公式為：Rn＝[Rsd×(1.0-albedo)+Emiss×Rld-Rlu]所述短波入射輻射Rsd、大氣下行輻射Rld和地表上行輻射Rlu計(jì)算公式分別為：Rsd＝Gsc×dr×Tsw×cosθRld=1.24×(eaTa)0.14×δ×Ta4]]>Rlu＝δ×Emiss×Ts4其中，Gsc為太陽常數(shù)，大小為1367瓦/平方米；dr為日地距離修訂系數(shù)；Tsw為大氣透過率；θ為太陽天頂角；ea為水汽壓；Ta為空氣溫度；δ為斯特凡波爾茲曼常數(shù)；Ts為地表溫度，Emiss為地表比輻射率；所述日地距離修訂系數(shù)dr和所述大氣透過率Tsw計(jì)算公式為：dr=1+0.033cos(nDays×2×PI365)]]>Tsw=0.35+0.627exp[-0.00146Pa(Ktcosθ)-0.075×(Wcosθ)0.25]]]>其中，nDays為一年中第n天；PI等于3.1415；W為大氣含水量，單位為mm；Kt為濁度系數(shù)，范圍在0到1之間；θ為太陽天頂角；Pa為大氣壓強(qiáng)。優(yōu)選的，當(dāng)所述葉面積指數(shù)LAI≥0.5時(shí)，所述凈輻射通量Rn反演模塊中土壤熱通量G估算公式為：G＝[0.05+0.18exp(-0.521×LAI)]×Rn當(dāng)所述葉面積指數(shù)LAI＜0.5時(shí)，所述凈輻射通量Rn反演模塊中土壤熱通量G估算公式為：G＝1.80(Ts-273.15)+0.084×Rn。本發(fā)明的有益效果如下：提供基于遙感數(shù)據(jù)的區(qū)域地表感熱/潛熱通量反演遙感方法及系統(tǒng)，在不依賴風(fēng)速的情況下，利用地表感熱通量估算的廓線方程和地表溫度和植被覆蓋度所構(gòu)成的理論特征空間四個(gè)角點(diǎn)方程，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)在無資料區(qū)和復(fù)雜非均勻下墊面的地表情況下，求解地表感熱通量和輻射-對(duì)流阻抗具有區(qū)域應(yīng)用的有實(shí)用性和可操作性，滿足區(qū)域水資源管理、農(nóng)業(yè)用水效率評(píng)價(jià)、區(qū)域旱情監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)節(jié)水等方面的應(yīng)用領(lǐng)域的需求。附圖說明下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1示出本發(fā)明所述方法流程圖。圖2示出植被覆蓋度f和地表溫度Ts的理論二維空間。圖3示出本發(fā)明所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4示出黑河地區(qū)地表感熱H和地表潛熱LE通量估算結(jié)果同觀測(cè)結(jié)果的對(duì)比。具體實(shí)施方式為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，基于遙感數(shù)據(jù)的區(qū)域地表感熱/潛熱通量反演遙感方法包括以下步驟：S1：根據(jù)研究區(qū)域所需，下載Landsat、ASTER或MODIS遙感衛(wèi)星產(chǎn)品數(shù)據(jù)；其中，Landsat和ASTER滿足分辨率為100米的通量反演計(jì)算，MODIS遙感產(chǎn)品數(shù)據(jù)滿足分辨率為1km的通量反演計(jì)算。S2：根據(jù)所述遙感數(shù)據(jù)制備遙感地表參數(shù)和區(qū)域氣象參數(shù)，所述遙感地表參數(shù)包括：歸一化植被指數(shù)NDVI、植被覆蓋度f、反照率albedo、地表比輻射率Emiss、地表溫度Ts、葉面積指數(shù)LAI；所述區(qū)域氣象參數(shù)包括：空氣溫度Ta和相對(duì)濕度RH。基于Landsat衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的歸一化植被指數(shù)NDVI、植被覆蓋度f、反照率albedo、地表比輻射率Emiss、地表溫度Ts以及葉面積指數(shù)LAI可參照Allen,R.G.,M.Tasumi,andR.Trezza(2007),Satellite-basedenergybalanceformappingevapotranspirationwithinternalizedcalibration(METRIC)-Model,JournalofIrrigationandDrainageEngineering-Asce,133(4),380-394.的文獻(xiàn)?；贏STER衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的歸一化植被指數(shù)、植被覆蓋度、反照率、比輻射率、地表溫度、葉面積指數(shù)可參照French,A.N.,etal.(2005),SurfaceenergyfluxeswiththeAdvancedSpaceborneThermalEmissionandReflectionradiometer(ASTER)attheIowa2002SMACEXsite(USA)(vol99,pg55,2005),RemoteSensingofEnvironment,99(4),471-471.的文獻(xiàn)?；贛ODIS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，歸一化植被指數(shù)NDVI、植被覆蓋度f、反照率albedo、地表比輻射率Emiss、地表溫度Ts以及葉面積指數(shù)LAI等遙感參數(shù)產(chǎn)品可以直接計(jì)算獲得。具體的，歸一化植被指數(shù)NDVI的提取，運(yùn)用MODIS遙感產(chǎn)品數(shù)據(jù)第一波段和第二波段的反射率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法為：NDVI=b2-b1b2+b1]]>其中，b1和b2分別為MODIS遙感產(chǎn)品數(shù)據(jù)第一和第二波段的波段反射率。植被覆蓋度f為特定地域植物垂直投影面積與該地域面積之比，使用歸一化植被指數(shù)NDVI計(jì)算如下：f=NDVI-NDVIminNDVImax-NDVImin]]>其中，NDVImax和NDVImin分別為研究區(qū)內(nèi)NDVI的最大值和最小值。反照率albedo的遙感反演，采用Liang,S.L.,2001.NarrowbandtobroadbandconversionsoflandsurfacealbedoIAlgorithms.RemoteSensingofEnvironment,76(2):213-238.提出的加權(quán)方法：albedo＝0.160×b1+0.291×b2+0.243×b3+0.116×b4+0.112×b5+0.018×b7-0.0015其中，b1，b2，b3，b4，b5，b7分別為MODIS波段1，2，3，4，5，7的波段反射率。比輻射率Emiss的反演如下：對(duì)于裸土區(qū)，歸一化植被指數(shù)NDVI小于0.2，Emiss＝0.9825-0.051×b1對(duì)于植被和裸土混合區(qū)，歸一化植被指數(shù)NDVI介于0.2和0.5之間，Emiss＝0.971-0.018×f對(duì)于植被區(qū)，歸一化植被指數(shù)NDVI大于0.5，Emiss＝0.990對(duì)于水體，Emiss＝0.995地表溫度Ts：Ts＝DNTS×0.02其中，DNTS為MODIS遙感產(chǎn)品數(shù)據(jù)中MOD11A1產(chǎn)品中的白天地表溫度數(shù)據(jù)層。葉面積指數(shù)LAI:LAI＝Lai1km×0.1其中，Lai1km為MODIS遙感產(chǎn)品數(shù)據(jù)中MOD15A2產(chǎn)品中的葉面積指數(shù)數(shù)據(jù)層。所述區(qū)域氣象參數(shù)中空氣溫度Ta和相對(duì)濕度RH的確定，如果選擇基于Landsat遙感產(chǎn)品數(shù)據(jù)，則需要獲得研究區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的支持，利用研究區(qū)域內(nèi)的站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值得到區(qū)域的空氣溫度Ta和相對(duì)濕度RH；如果選擇基于MODIS遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，則不需要區(qū)域內(nèi)的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)支持，MODIS遙感衛(wèi)星的MOD07L2產(chǎn)品提供衛(wèi)星過境時(shí)刻的大氣廓線產(chǎn)品，可以從MODIS大氣廓線產(chǎn)品中獲得近地層的壓強(qiáng)Pa、空氣溫度Ta和相對(duì)濕度RH。具體的，當(dāng)選擇基于MODIS遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品時(shí)，首先要對(duì)MOD07L2數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用MOD07L2產(chǎn)品中20個(gè)層的空氣溫度Ta和相對(duì)濕度RH中最近地表層的空氣溫度Ta和相對(duì)濕度RH參與計(jì)算，對(duì)MOD07L2的20個(gè)層從地表層進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，直到取得有效值為止。大氣壓強(qiáng)Pa的計(jì)算如下(單位為kPa)：Pa＝0.01×SurfacePressure其中，SurfacePressure為MOD07L2中的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)層；空氣溫度Ta的計(jì)算如下(單位為K)：Ta＝(AirTemperature+15000)×0.01其中，AirTemperature為MOD07L2中的空氣溫度數(shù)據(jù)層；露點(diǎn)溫度Tdew的計(jì)算如下(單位為℃)：Tdew＝(Mositure+15000)×0.01-273.15其中，Mositure為MOD07L2中的露點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)層。水汽壓ea的計(jì)算如下(單位為hpa)：ea=0.6108exp[17.27×Tdew(Tdew+237.3)]×10]]>大氣含水量W的計(jì)算如下(單位為mm)：W＝0.01×WaterVapor其中，WaterVapor為MOD07L2中的大氣含水量數(shù)據(jù)層。S3：根據(jù)所述遙感地表和區(qū)域氣象參數(shù)進(jìn)行凈輻射通量Rn反演；具體的，凈輻射通量Rn計(jì)算公式為：Rn＝[Rsd×(1.0-albedo)+Emiss×Rld-Rlu]其中，Rsd為短波入射輻射，albedo為反照率，Emiss為地表比輻射率，Rld為大氣下行輻射，Rlu為地表上行輻射；進(jìn)一步，所述短波入射輻射Rsd、大氣下行輻射Rld和地表上行輻射Rlu計(jì)算公式分別為：Rsd＝Gsc×dr×Tsw×cosθRld=1.24×(eaTa)0.14×δ×Ta4]]>Rlu＝δ×Emiss×Ts4其中，Gsc為太陽常數(shù)，大小為1367瓦/平方米；dr為日地距離修訂系數(shù)；Tsw為大氣透過率；θ為太陽天頂角；ea為水汽壓；Ta為空氣溫度；δ為斯特凡波爾茲曼常數(shù)；Ts為地表溫度，Emiss為地表比輻射率。進(jìn)一步，所述日地距離修訂系數(shù)dr和所述大氣透過率Tsw計(jì)算公式為：dr=1+0.033cos(nDays×2×PI365)]]>Tsw=0.35+0.627exp[-0.00146Pa(Ktcosθ)-0.075×(Wcosθ)0.25]]]>其中，nDays為一年中第n天；PI等于3.1415；W為大氣含水量，單位為mm；Kt為濁度系數(shù)，范圍在0到1之間；θ為太陽天頂角；Pa為大氣壓強(qiáng)。S4：根據(jù)所述葉面積指數(shù)LAI、空氣溫度Ta以及凈輻射通量Rn進(jìn)行土壤熱通量G反演；具體的，當(dāng)所述葉面積指數(shù)LAI≥0.5時(shí)，所述土壤熱通量G估算公式為：G＝[0.05+0.18exp(-0.521×LAI)]×Rn當(dāng)所述葉面積指數(shù)LAI＜0.5時(shí)，所述土壤熱通量G估算公式為：G＝1.80(Ts-273.15)+0.084×Rn其中，在極端干燥情況下，所述輻射-對(duì)流阻抗rae為所述實(shí)數(shù)解中最小值。S5：根據(jù)所述值被覆蓋度f和地表溫度Ts的二維空間以及感熱通量H估算的溫度廓線方程進(jìn)行輻射-對(duì)流阻抗rae反演；具體的，所述感熱通量H估算的溫度廓線方程為：H=ρCPTaero-Tara=ρCPTs-Tara+rex=ρCPTs-Tarae---(1)]]>其中，ρ為空氣密度；Cp為空氣定壓比熱；Taero為動(dòng)力學(xué)溫度；Ta為空氣溫度；ra為空氣動(dòng)力學(xué)阻抗；Ts為地表溫度；rex為調(diào)和地表溫度和空氣動(dòng)力學(xué)溫度的附加阻抗；rae為輻射-對(duì)流阻抗?；谒鰞糨椛渫縍n、土壤熱通量G、值被覆蓋度f和地表溫度Ts的二維空間，感熱通量H估算公式為：H＝(Rn-G)-LE＝(Rn-G)-(1-WDI)Ep(2)其中，LE為潛熱通量；WDI為水分虧缺指數(shù)；Ep為潛在蒸散。所述潛在蒸散Ep采用下述P-T公式：Ep=1.26ΔΔ+γ(Rn-G)---(3)]]>其中，Δ為飽和水汽壓曲線斜率，γ為干濕表常數(shù)。所述水分虧缺指數(shù)WDI計(jì)算公式為：WDI=aa+b---(4)]]>其中，如圖2所示，a為植被覆蓋度f和地表溫度Ts二維空間干邊同估算點(diǎn)的溫差；b為植被覆蓋度f和地表溫度Ts二維空間濕邊同估算點(diǎn)的溫差；計(jì)算公式分別為：a=(Ts-Ta)-f(Ts-Ta)C+(f-1)(Ts-Ta)Db=(1-f)(Ts-Ta)A+f(Tc-Ta)B-(Ts-Ta)---(5)]]>其中，(Ts-Ta)A=rae×(Rn-G)ρaCp(Ts-Ta)D=[rae(Rn-G)ρaCp]×γ(Δ+γ)-VPD(Δ+γ)(Ts-Ta)C=[rae(Rn-G)ρaCp][γ(1+rcprae)Δ+γ(1+rcprae)]-[VPDΔ+γ(1+rcprae)](Ts-Ta)B=[rae(Rn-G)ρaCp]×[γ(1+rcxrae)Δ+γ(1+rcxrae)]-[VPDΔ+γ(1+rcxrae)]---(6)]]>聯(lián)立上述公式(1)(2)(3)(4)(5)(6)可得：c4rae4+c3rae3+c2rae2+c1rae+c0=0---(7)]]>其中，c4、c3、c2、c1以及c0為聯(lián)立公式(1)(2)(3)(4)(5)(6)所得系數(shù)，所述輻射-對(duì)流阻抗rae為公式(7)中實(shí)數(shù)解。S6：根據(jù)所述輻射-對(duì)流阻抗rae進(jìn)行區(qū)域地表感熱H/潛熱LE通量反演；具體的，根據(jù)所述公式(1)(2)估算所述區(qū)域地表感熱通量H和區(qū)域地表感熱潛熱通量LE；其中，在極端干燥情況下，所述輻射-對(duì)流阻抗rae為所述實(shí)數(shù)解中最小值。如圖3所示，基于遙感數(shù)據(jù)的區(qū)域地表感熱/潛熱通量的反演系統(tǒng)，包括：初始化模塊，遙感地表參數(shù)和區(qū)域氣象參數(shù)制備模塊、凈輻射通量Rn反演模塊、土壤熱通量G反演模塊、輻射-對(duì)流阻抗rae反演模塊以及區(qū)域地表感熱H/潛熱LE通量反演模塊。其中，所述初始化模塊被配置為確定研究區(qū)域和遙感數(shù)據(jù)，所述遙感數(shù)據(jù)為Landsat、ASTER或MODIS遙感數(shù)據(jù)；所述遙感地表參數(shù)和區(qū)域氣象參數(shù)制備模塊被配置為根據(jù)所述遙感數(shù)據(jù)或/和研究區(qū)域站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)制備遙感地表參數(shù)和區(qū)域氣象參數(shù)；所述遙感地表參數(shù)包括：歸一化植被指數(shù)NDVI、植被覆蓋度f、反照率albedo、地表比輻射率Emiss、地表溫度Ts、葉面積指數(shù)LAI，所述區(qū)域氣象參數(shù)包括：空氣溫度Ta和相對(duì)濕度RH；具體的，選擇使用Landsat遙感數(shù)據(jù)時(shí)，需要獲得研究區(qū)的站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，選擇使用MODIS遙感數(shù)據(jù)時(shí)，不需要區(qū)域內(nèi)的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)支持。所述凈輻射通量Rn反演模塊被配置為根據(jù)所述遙感地表和區(qū)域氣象參數(shù)確定凈輻射通量Rn；所述土壤熱通量G反演模塊被配置為根據(jù)所述葉面積指數(shù)LAI、空氣溫度Ta以及凈輻射通量Rn確定土壤熱通量G；所述輻射-對(duì)流阻抗rae反演模塊被配置為根據(jù)公式(7)確定所述輻射-對(duì)流阻抗rae；所述區(qū)域地表感熱H/潛熱LE通量反演模塊被配置為根據(jù)所述輻射-對(duì)流阻抗rae確定區(qū)域地表感熱H/潛熱LE通量。實(shí)施例以黑河流域中游為研究區(qū)，使用ASTER衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)基于本發(fā)明方法反演了地表感熱H/潛熱LE通量，并將反演結(jié)果同研究區(qū)內(nèi)的渦度相關(guān)儀器測(cè)量的感熱H/潛熱LE通量值進(jìn)行對(duì)比。具體的，如圖4所示，地表感熱H/潛熱LE通量估算的均方根誤差為50W/m2和60W/m2，這一結(jié)果和其他模型方法在這一區(qū)域的驗(yàn)證結(jié)果相近，說明本發(fā)明提出的模型方法精度較高，結(jié)果合理可信。顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。當(dāng)前第1頁1 2 3