基于TSEB模型的黄河三角洲蒸散量估算

蒸散发作为湿地生态系统中地—气间水热交换的主要方式,很大程度上影响着湿地的水热平衡,合理准确地估算蒸散发量,对湿地生态系统的水分循环、能量平衡以及科学管理具有重要意义。黄河三角洲湿地作为世界上暖温带最广阔、最完整和最年轻的河口湿地生态系统,既是气候变化的敏感区,也是生态环境的脆弱区。针对其地理位置特殊、水资源供需矛盾尖锐等特点,利用SEBAL(Sur-face Energy Balance Algorithm for Land)和TSEB(Two-Source Energy Balance)模型,对黄河三角洲湿地蒸散发量进行估算:首先利用SEBAL模型计算地表的特征参数和各地表通量,然后利用TSEB模型分离土壤和植被,分别计算黄河三角洲湿地瞬时的土壤蒸发、植被蒸腾和土壤植被总蒸散发量,利用积分关系法进行时间尺度转换,得到日蒸散量。利用气象站实测蒸发值和FAO Penman-Monteith公式计算的作物系数,对遥感估算结果进行直接和间接精度评价。结果表明反演的蒸散发结果合理,精高较高。分析蒸散的空间分布及不同地表类型的蒸散特性,对比分析芦苇沼泽和芦苇草甸的不同蒸散特点,结果表明基于两模型耦合的方法可用于黄河三角洲湿地蒸散量估算。

基于TSEB平行模型的黄土丘陵沟壑区蒸散发遥感估算

复杂地形条件下和干旱半干旱植被稀疏条件下的蒸散发遥感估算一直是蒸散发区域遥感估算的难点、热点问题。针对黄土丘陵沟壑区地表起伏、覆被不均一、植被稀疏的特征,选择陕甘交界区为研究区,利用Landsat TM资料求取地表特征参数和地表能量平衡各参量,采用TSEB平行模型反演出该区域的瞬时土壤蒸发、植被蒸腾和土壤—植被总蒸散发量,经过尺度转换,得到日蒸散量;并利用附加阻抗法和FAO Penman-Monteith公式计算实际蒸散发,对TSEB平行模型法遥感估算结果进行了间接精度评价,比较验证结果表明TSEB平行模型法估算的蒸散发结果合理,精高较高。

不同下垫面DTD模型与TSEB模型比较

双源能量平衡模型(Two Source Energy Balance,TSEB)和双温度差模型(Dual Temperature Difference,DTD)目前已应用于不同的下垫面类型和环境条件下地表蒸散发估算研究,但是由于模型构建理论机理的差异,模型表现会随着下垫面类型和环境条件的变化而有所不同。因此,本研究选取了黑河流域高寒草地、半干旱区灌溉农田以及干旱区河岸林3种下垫面类型地面观测数据,系统分析了DTD模型和TSEB模型的适用性以及主要误差来源。结果表明:①在瞬时尺度上,DTD模型在高寒草地上估算潜热通量的误差较小,其RMSE为62.00 W/m2,而TSEB模型的RMSE为75.49 W/m2,2个模型的精度会随着植被覆盖度的增加而出现差异;在半干旱区灌溉农田区域,2种模型表现较为一致,但是在干旱区河岸林,2种模型都低估了潜热通量,且模型误差较大;②在日尺度上,DTD模型和TSEB模型的表现与瞬时尺度表现较为一致,同时2种模型拆分的植被蒸腾比与基于uWUE模型(Water Use Efficiency,u WUE)拆分的结果吻合较好,但DTD模型的表现要优于TSEB模型;③相比较DTD模型而言,TSEB模型对地表温度输入误差更为敏感。本研究通过对比DTD模型和TSEB模型在不同下垫面和环境条件的表现,为今后模型优化提供了理论依据。

TSEB模型在复杂下垫面下模拟结果比较研究

地表蒸散发对干旱半干旱地区水文过程模拟以及水文平衡有重要影响,复杂地表更是对地表蒸散发模拟提出了新的挑战。利用TSEB(Two-Source Energy Balance)模型,分别以Landsat、MODIS卫星数据为驱动数据,得到黑河下游绿洲地表蒸散发时空分布格局,并利用大孔径闪烁仪和涡动相关仪的观测数据对模拟结果分别在公里级和百米级尺度进行验证,研究结果表明:在大孔径闪烁仪观测的公里级尺度下,基于Landsat数据和MODIS数据驱动的TSEB估算感热通量与大孔径闪烁仪观测数据比较的均方根误差分别为48.47 W/m^(2)、58.57 W/m^(2)。基于涡动相关仪观测百米级尺度,Landsat数据驱动的TSEB估算感热通量与涡动相关仪观测数据的均方根误差为89.37 W/m^(2)。因此,得出以中高分辨率卫星遥感数据作为驱动数据模型模拟效果更好,LAS观测公里级尺度数据能部分解决遥感地表蒸散发验证空间不匹配问题。

谐波法与双源模型耦合估算土壤热通量和地表蒸散发

尝试将谐波法和双源遥感模型TSEB耦合起来模拟表层土壤含水率,并利用两个稀疏植被站点的数据进行了检验。结果表明,当TSEB模型模拟的显热通量误差较大时,耦合方法模拟的表层土壤含水率误差也较大,进而使得土壤热通量与实测值的偏差较大。但是由于土壤热通量分担了部分显热通量的估算误差,潜热通量的模拟精度明显提高,土壤组分对地表总潜热通量的贡献越大,这种提高越显著。

Sentinel-3卫星双角度热红外数据的流域尺度地表蒸散发估算与验证

双层能量平衡模型TSEB(Two Source Energy Balance)常用于地表蒸散发的估算研究,对于干旱半干旱流域的水资源调控以及利用有着十分重要的意义。本文在流域尺度上分别利用Sentinel-3双角度观测热红外和近红外数据反演的地表温度LST(Land Surfacer Temperature)和地表组分温度LSCT(Land Surface Component Temperatures)分别驱动TSEB模型,估算了黑河流域不同土地覆盖类型下的瞬时地表通量,并利用流域内上、中、下游通量塔地面观测数据验证了两种模型估算的地表通量。结果表明:两种模型都在一定程度上高估了净辐射和潜热通量,在植被稀疏的高寒草甸以及河岸林土地覆被类型下,TSEB-PT模型表现更好,随着植被覆盖度的上升,TSEB-2T模型的优势更加明显。研究结果为黑河流域水资源合理利用提供一定的保障以及为水资源管理者提供流域尺度上更加准确的植被水分利用的估计值,并且为后期模型的优化提供了理论基础。