淮河流域表层土壤湿度时空特征及其与地面降水的关系

土壤湿度是陆面与大气能量和物质交换的关键物理量,除地面观测外,卫星遥感也是获取土壤湿度的重要手段。本文针对欧洲卫星气象中心(EUMETSAT)基于卫星遥感而研发的面向水文气象卫星应用产品(H-SAF)中的土壤水分指数(SM-DAS-2)产品,分析产品在淮河流域土壤水分监测中的适用性,为在淮河流域利用该产品开展农田生态监测奠定基础。首先,分析了该产品监测得到的中国土壤表层水分空间分布特征,在此基础上,总结淮河流域表层土壤湿度的时空分布特征;并结合中国气象局发布的中国逐日降水量格点化产品,分析表层土壤湿度与降水量之间的相关关系,最后通过分析淮河流域土壤湿度与地面降水之间的对应关系,探讨土壤湿度对降水的响应时间。从分析结果来看,对于全国而言,该产品能够有效地反映出土壤湿度的分布特征,并且能够刻画出较细致的空间分布规律。在淮河流域,土壤湿度产品和人工观测数值之间具有性较好的相关性(相关系数为0.51,通过置信度0.05的t检验),但SM-DAS-2产品指数偏低(SMDAS-2产品的年均值为0.6,地面观测站监测的表层土壤湿度为0.69)。表层土壤湿度总体上保持"南高北低"空间分布特征,并且空间分布存在着季节性差异。山区和河流附近区域是土壤湿度的高值中心,这一特征在夏秋两季最为显著。表层土壤湿度与降水之间存在显著的相关关系,而在山区和河流附近,两者间的相关性变差。从时间上看,夏季是淮河流域表层土壤湿度与同期降水相关性最好的季节,总体上降水发生3 d以后表层土壤湿度才会对降水的变化产生响应,土壤湿度对降水变化的响应时间最长能延长到10~15 d。