基于遥感数据的区域地表感热/潜热通量反演方法及系统

摘要

本发明公开基于遥感数据的区域地表感热/潜热通量反演方法，包括以下步骤：确定研究区域和遥感数据；根据所述遥感数据制备遥感地表和区域气象参数，其中，所述遥感地表参数包括：归一化植被指数NDVI、植被覆盖度f、反照率albedo、地表比辐射率Emiss、地表温度T_s、叶面积指数LAI；所述区域气象参数包括：空气温度T_a和相对湿度RH；根据所述遥感地表和区域气象参数进行净辐射通量Rn反演；根据所述叶面积指数LAI、空气温度T_a以及净辐射通量Rn进行土壤热通量G反演；根据所述净辐射通量Rn、土壤热通量G、值被覆盖度f和地表温度T_s的理论二维空间以及感热通量估算的温度廓线方程进行辐射‑对流阻抗r_ae反演；根据所述辐射‑对流阻抗r_ae实现区域地表感热H/潜热LE通量反演。

主权项

基于遥感数据的区域地表感热/潜热通量反演方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定研究区域和遥感数据，所述遥感数据为Landsat、ASTER或MODIS遥感数据；S2：根据所述遥感数据或/和研究区域站点观测数据制备遥感地表参数和区域气象参数，其中，所述遥感地表参数包括：归一化植被指数NDVI、植被覆盖度f、反照率albedo、地表比辐射率Emiss、地表温度T_s、叶面积指数LAI；所述区域气象参数包括：空气温度T_a和相对湿度RH；S3：根据所述遥感地表和区域气象参数进行净辐射通量Rn反演；S4：根据所述叶面积指数LAI、空气温度T_a以及净辐射通量Rn进行土壤热通量G反演；S5：根据所述感热通量H估算的温度廓线方程和植被覆盖度f和地表温度T_s的理论二维空间进行辐射‑对流阻抗r_ae反演；所述感热通量H估算的温度廓线方程为：$H={\mathrm{\rho C}}_P\frac{T_{aero}-T_a}{r_a}={\mathrm{\rho C}}_P\frac{T_s-T_a}{r_a+r_{ex}}={\mathrm{\rho C}}_P\frac{T_s-T_a}{r_{ae}}---\left(1\right)$其中，ρ为空气密度；C_p为空气定压比热；T_aero为动力学温度；T_a为空气温度；r_a为空气动力学阻抗；T_s为地表温度；r_ex为调和地表温度和空气动力学温度的附加阻抗；r_ae为辐射‑对流阻抗；基于植被被覆盖度f和地表温度T_s的理论二维空间，感热通量H估算公式为：H＝(R_n‑G)‑LE＝(R_n‑G)‑(1‑WDI)E_p   (2)其中，LE为潜热通量；WDI为水分亏缺指数；E_p为潜在蒸散；所述潜在蒸散E_p采用下述P‑T公式：$E_p=1.26\frac{\Delta }{\Delta +\gamma }(R_n-G)---\left(3\right)$其中，Δ为饱和水汽压曲线斜率，γ为干湿表常数；所述水分亏缺指数WDI计算公式为：$WDI=\frac{a}{a+b}---\left(4\right)$其中，a为植被覆盖度f和地表温度T_s的理论二维空间干边同估算点的温差；b为植被覆盖度f和地表温度T_s的理论二维空间湿边同估算点的温差；计算公式分别为：$\begin{array}{c}a=(T_s-T_a)-f{(T_s-T_a)}_C+(f-1){(T_s-T_a)}_D\\ b=(1-f){(T_s-T_a)}_A+f{(T_c-T_a)}_B-(T_s-T_a)\end{array}---\left(5\right)$其中，$\begin{array}{c}{(T_s-T_a)}_A=r_{ae}\times \frac{(R_n-G)}{{\rho }_a{C}_p}\\ {(T_s-T_a)}_D=\left[\frac{r_{ae}(R_n-G)}{{\rho }_a{C}_p}\right]\times \frac{\gamma }{(\Delta +\gamma )}-\frac{VPD}{(\Delta +\gamma )}\\ {(T_s-T_a)}_C=\left[\frac{r_{ae}(R_n-G)}{{\rho }_a{C}_p}\right]\times \left[\frac{\gamma (1+\frac{r_{cp}}{r_{ae}})}{\Delta +\gamma (1+\frac{r_{cp}}{r_{ae}})}\right]-\left[\frac{VPD}{\Delta +\gamma (1+\frac{r_{cp}}{r_{ae}})}\right]\\ {(T_s-T_a)}_B=\left[\frac{r_{ae}(R_n-G)}{{\rho }_a{C}_p}\right]\times \left[\frac{\gamma (1+\frac{r_{cx}}{r_{ae}})}{\Delta +\gamma (1+\frac{r_{cx}}{r_{ae}})}\right]-\left[\frac{VPD}{\Delta +\gamma (1+\frac{r_{cx}}{r_{ae}})}\right]\end{array}---\left(6\right)$其中，T_a为空气温度；VPD为水汽亏缺，其由空气相对湿度RH计算得到；r_cp为植被最小冠层阻抗；r_cx为冠层最大阻抗；联立上述公式(1)(2)(3)(4)(5)(6)可得辐射‑对流阻抗r_ae方程：$c_4{r}_{ae}^4+c_3{r}_{ae}^3+c_2{r}_{ae}^2+c_1{r}_{ae}+c_0=0---\left(7\right)$其中，c₄、c₃、c₂、c₁以及c₀为联立公式(1)(2)(3)(4)(5)(6)所得系数，所述辐射‑对流阻抗r_ae为辐射‑对流阻抗r_ae方程(7)中实数解。S6：根据所述辐射‑对流阻抗r_ae以及公式(1)和(2)进行区域地表感热H/潜热LE通量反演，其中，在极端干燥情况下，所述辐射‑对流阻抗r_ae为所述实数解中最小值。