遥感反演区域蒸散不确定性的定量研究

蒸散是地表水分循环过程中重要环节，也是各种尺度大气数值模式及大气环流模式中主要的陆面过程参数。准确估算地表蒸散，对了解大范围水分循环和能量平衡具有重要意义。应用遥感技术反演区域蒸散的方法已得到广泛应用，然而，遥感反演区域蒸散还存在很大的不确定性，削弱了蒸散反演的可信度，也成为一个亟待解决的重要科学问题。本研究以不同空间异质性地表为对象, 应用剩余阻抗法在不同空间尺度上反演区域蒸散，通过对输入参数的敏感性分析以及均质地表反演蒸散与涡度相关观测数据的比较，定量评价输入参数对蒸散反演不确定性的影响；通过尺度转换方法分析不同空间分辨率遥感影像反演区域蒸散的差异，定量评价空间异质性对遥感反演蒸散不确定性的影响；阐明遥感反演蒸散误差来源及对不确定性的贡献。为科学准确估算区域蒸散、提高蒸散反演精度提供参考，亦可为定量遥感反演提供相关依据。

地表蒸散是水循环的重要环节，决定了土壤-植被-大气系统中的水、热传输。因此准确测定和估算时空连续的地表蒸散量对研究全球气候演变、生态环境问题以及水资源评价与管理等有着重要意义。相对于传统方法而言，由于遥感技术反演蒸散具有很好的时效性和区域性等优势而获得了广泛的应用。针对目前遥感反演区域蒸散存在的不确定性问题，本研究应用地表温度和植被指数特征空间的三角法基于遥感数据反演区域蒸散，通过输入参数的敏感性分析以及空间异质性分析，定量评价输入参数和空间异质性对蒸散反演不确定性的影响，阐明遥感反演蒸散误差来源及反演精度。研究结果如下：（1）基于三角法反演区域蒸散主要的误差来源于归一化温度指数（NDTI），通过敏感性分析，定量评价了地表发射率、大气温度和大气水汽含量变异对NDTI造成的影响。研究表明，当大气温度、地表发射率和大气水汽含量变异分别小于4 K、0.05和10%时，基于MODIS数据计算的NDTI相对误差小于10%。（2）复杂的地形是空间异质性的重要表现，应用余弦法对遥感反演蒸散进行地形校正。结果表明，地形校正前流域蒸散存在明显的高估现象。地形因素中，坡度对蒸散反演的影响大于坡向，地形校正后蒸散值随坡度增加而降低。当坡度较大时，坡向范围（0-180°）的校正后蒸散比校正前降低12-20%，而坡向范围（180°-360°）的降低比例达到27-50%。因此，在复杂地形条件下应用遥感反演蒸散地形校正是十分必要的。（3）对于遥感反演的流域蒸散，应用蒸渗仪和涡度相关法进行点尺度验证，在日尺度上，遥感反演蒸散的绝对误差为0.07±0.63mm day-1，相对误差约为12%。基于水量平衡原理，利用子流域估算蒸散与径流之和与流域降水进行比较，在面尺度对流域蒸散进行验证。在年尺度上，遥感反演蒸散的绝对误差为-66.8±68.2mm a-1，平均相对误差为6%，最大相对误差小于15%。(4) 以MODIS数据产品为主要数据源应用三角法反演近十年鄱阳湖流域实际蒸散。结果表明，鄱阳湖流域蒸散具有很强的空间异质性，蒸散较大的区域位于湖区水域和流域森林分布区域，而湖区周围和流域中部的农田和草地蒸散相对较小。多年流域年均蒸散量为795mm，年际间差异显著。本研究通过定量评价遥感反演蒸散的精度和误差来源，为科学准确估算区域蒸散、提高蒸散反演精度提供参考，亦可为定量遥感反演提供相关依据。