基于SEBAL模型的农业小流域水热通量监测模拟及尺度推绎

地表水热通量监测和估算对理解农业生态环境、建立农业气象模拟模型具有重要意义。本研究拟选择江西省鹰潭市典型低丘农业小流域为研究区，以水稻、旱作、果树、农林复合生态系统为研究对象，开展以下研究：1）流域内不同生态单元水热通量交换过程及其变化特征的多尺度监测；2）三种监测水热通量方法，即波文比能量平衡法、热脉冲茎流仪法与地表闪烁仪（SLS）法的差异性比较；3）小流域水热通量总量及其动态的估算方法；4）以实测资料和同期遥感数据为基础，建立基于SEBAL模型的农业小流域水热通量模拟系统，实现对我国南方低丘农业小流域水热通量的动态模拟；5）提出小区、坡位、小流域三种尺度上水热通量的推绎方法和特征尺度。本研究旨在集成水文模拟和遥感技术，实现小流域非均匀下垫面水热通量的动态模拟和多尺度估算，不仅可为当地农业水资源管理和生态环境建设提供科学依据，而且对我国其他生态类型水热通量的监测与模拟有借鉴意义。

实现小流域水热通量的动态模拟和多尺度估算，能为当地农业水资源管理和生态环境建设提供科学依据。本项目选择鹰潭市农业小流域为研究区，以水稻、旱作、果树生态系统为研究对象，通过波文比、地表闪烁仪、围堰水量系统等监测手段收集资料，结合遥感图像、DEM地形数据的统计分析与SEBAL模型模拟，系统分析了农业小流域内不同生态单元小气候、水热通量交换过程、时空变化特征及其差异，建立了基于SEBAL 模型的农业小流域水热通量模拟系统，实现非均匀下垫面小流域水热通量的动态模拟，提出了小区、坡位、小流域不同尺度对水热通量估算的影响、推绎方法和特征参数。项目通过四年研究，较好地完成了预期目标，取得了一些原创性的成果，共发表期刊论文16篇，其中SCI/EI收录4篇，参加国际国内会议报告4次，培养博士2名（1人在读）、硕士7名（3人在读）。主要创新成果总结如下：.（1）比较、模拟了旱地下垫面小气候与能量分量的时空变化特征。橘园净辐射量与潜热通量高于花生，花生地显热通量受天气条件影响比橘园敏感，旱地三种不同形式的蒸散模式采用水量平衡法得到验证。.（2）分析了稻田生态系统的能量平衡变化规律以及时间尺度效应，逐时、逐日、逐旬不同时间尺度上各模式估算蒸散值与实测值的拟合效率差别较大，发现闪烁仪观测值与波文比系统趋势一致。.（3） 利用Landsat8和0.5米超高分辨率Pleiades卫星影像资料，结合地面观测资料和DEM数字高程数据，建立并验证了适合于研究景观过程的SEBAL地表能量平衡模型，经过DEM地形校正和相似性理论订正的结果精度更高。.（4）明确了小区、坡位、小流域尺度上水热通量的推绎方法和特征参数。小区水热通量变化特征有逐步升高型、逐步降低型、先降低后升高型；坡位水热通量差异可从不同土壤参数差异推绎；小流域水热通量可从SEBAL模型与不同植被指数及动力学参数推绎。.（5）提高了SEBAL模型估算小流域土壤水分的空间精度。在处理2013-2014年11景Landsat8数据基础上，结合遥感Penman-Monteith模型，得到小流域30m高精度土壤水分空间分布。