风云气象卫星遥感数据估算黄河源湿地蒸散发研究

In this research, we develop algorithms based on the Surface Energy Balance System(SEBS) algorithm to estimate regional evapotranspiration (ET) by using visible-infrared data which has high spatial resolution and microwave data which has high timeliness from the Chinese FengYun(FY) meteorological satellite which suitable for wetlands over the Yellow River source area. Considering the contribution of the water bodies in wetlands to microwave radiation，the day-by-day open water fraction is retrieved. The ground observations which from Zogie, Yellow River Source Maduo and Elinglake-Nantangchama land surface processes stations are used for validation in different types of wetland, and the errors are also explored. For cloud sky pixels which unavailable for visible and near-infrared data, the surface temperature is retrieved by FY microwave observations, and land surface radiation flux is estimated from meteorological reanalysis data. Then，the continuous time series ET are obtained based on the established ET model which consider the changes of wetland, and the changes of ET response to wetland is also explored. This work can expand the domain of FY satellite, and promote the researches of energy and water exchange over the Yellow River source area.

本研究利用风云气象卫星提供的可见光-红外高空间分辨率和微波辐射计高时效性观测资料，考虑湿地中水体对微波辐射的贡献，反演日尺度的黄河源区地表裸露水体组分，基于陆表能量平衡算法（Surface Energy Balance System，SEBS）模型，建立适用于黄河源区湿地动态变化的多源遥感日蒸散发模型。利用黄河源区若尔盖、黄河源头麻多乡和鄂陵湖南塘岔玛三个陆面过程观测站的实测资料，进行典型湿地下垫面蒸散发的验证，探讨误差来源。对有云覆盖而可见光-红外遥感观测失效的情况，利用风云微波观测资料反演的地表温度和再分析气象数据提供的地表辐射资料，应用已建立的遥感蒸散发模型，获取源区连续时间序列的蒸散发量，从而定量分析蒸散发量的季节变化对湿地变化的响应特征。以期通过本项目拓展风云卫星的应用领域，推动黄河源区陆-气间能量水分交换过程研究。

分析区域尺度上黄河源区蒸（散）发量变化情况，对了解区域内水分和能量的空间分配，区域水资源的可持续开发利用和生态保护都具有重要的意义。本研究以黄河源区为研究区域，选取该区域的静止气象卫星及极轨气象卫星资料，结合中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黄河源区气候与环境综合观测站地面观测资料，基于能量平衡方法，估算了研究区域的逐时蒸（散）发量。经过三年的深入研究，我们取得了以下结果：（1）利用ERA-interim蒸散发再分析资料，基于Mann Kendall方法及Sen斜率检验法，得出1979-2014年黄河源区蒸散发量总体上呈现北高南低的年变化趋势，北部兴海-共和-贵德地区增加最为迅速，年变化率在1.5-2.5 mm／a，西南部曲麻莱-治多-玉树地区减少最为明显，变化率为1.0-0.5 mm／a，东南部玛沁-玛曲-久治地区蒸散发量的变化在0.5-1.0 mm／a. (2)利用风云卫星遥感资料基于SEBS模型估算了2010年9月14日黄河源玛曲地区能量通量逐时变化情况， 09:15时刻，净辐射的值为100.0 W.m-2，感热通量40.0 W.m-2左右，潜热80.0 W.m-2左右；随着太阳高度角的变化，10:15时，净辐射的值达到350.0 W.m-2左右，感热通量为100.0 W.m-2左右，潜热通量为150.0 W.m-2左右；正午时净辐射达最大值650.0 W.m-2左右，感热通量在午间13:15左右达到最大，为140.0 W.m-2左右，潜热通量在午后13:15和14:15达到一天当中最大值，为250.0 W.m-2左右；午后随着辐射强度的减弱，15:15时净辐射减小，为580.0 W.m-2左右，而随着空气饱和差的减弱，蒸腾速率也逐渐减小，潜热通量在这一时刻为150.0 W.m-2； 16:15太阳高度角已经变低，净辐射的值下降为200.0 W.m-2左右，感热通量为80.0 W.m-2左右，潜热通量为70.0 W.m-2。全天黄河源区大部分地区日蒸（散）发量在2.0～3.0mm之间。(3)利用那曲高寒气候环境观测站观测资料对该方法结果进行了有效性验证，潜热通量的均方根误差为28.22Wm-2。本项目的结果为实现陆面蒸散发业务化奠定了一定的基础。