劉素華， 田靜， 米素娟

(1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)及地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101； 2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

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遙感估算蒸散發(fā)量的日尺度擴(kuò)展方法綜述

劉素華1,2， 田靜1， 米素娟1,2

(1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)及地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101； 2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

遙感是獲取大面積地表蒸散發(fā)量(evapotranspiration, ET)的主要手段，但是其所獲得的ET是衛(wèi)星過境時(shí)刻的瞬時(shí)值，而日尺度的ET才有實(shí)際意義和參考價(jià)值。目前，已有多種由瞬時(shí)ET經(jīng)過時(shí)間尺度擴(kuò)展成日尺度ET的方法，如恒定蒸發(fā)比法，時(shí)間積分法、正弦關(guān)系法、作物系數(shù)法和冠層阻力法等。為了對這些方法有一個(gè)清晰的了解和在應(yīng)用時(shí)為方法選擇提供依據(jù)，對以上5種常用方法的原理和特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)、對比和分析，并對當(dāng)前該研究領(lǐng)域依然存在的難點(diǎn)問題和研究熱點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。

遙感； 蒸散發(fā)量(ET); 尺度擴(kuò)展; 蒸發(fā)比法; 時(shí)間積分法； 正弦關(guān)系法; 作物系數(shù)法; 冠層阻力法

0 引言

蒸散發(fā)量(evapotranspiration, ET)包括土壤蒸發(fā)和植被蒸騰，是水圈、大氣圈和生物圈水分和能量交換的主要過程[1]，也是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中水量平衡和能量平衡的重要組成部分。在干旱、半干旱地區(qū)，ET占農(nóng)田總耗水量的80%以上[2]，因此，定量計(jì)算ET對研究區(qū)域水循環(huán)機(jī)理和指導(dǎo)農(nóng)業(yè)水管理具有重要意義[3]。衛(wèi)星遙感技術(shù)可以提供空間連續(xù)的地表參數(shù)，且可以非接觸地獲取大面積地表輻射等地氣界面的能量信息、下墊面特征參數(shù)和土壤、植被水分狀況，是模擬區(qū)域尺度地表ET的有效途徑[4-6]。然而，通過遙感手段獲取的地表參數(shù)在時(shí)間上是不連續(xù)的，只能提供每日1～2次或有限次的衛(wèi)星過境瞬時(shí)值，而日尺度的ET數(shù)據(jù)更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。為了計(jì)算日尺度ET，必須將遙感反演得到的瞬時(shí)潛熱通量進(jìn)行時(shí)間尺度擴(kuò)展，也即考慮如何僅根據(jù)一次或有限次觀測資料就能計(jì)算出全天的ET。但如何進(jìn)行擴(kuò)展，是遙感ET模型研究所面臨的難題[7]。本文將近年來發(fā)展起來的應(yīng)用較為廣泛和成熟的ET日尺度擴(kuò)展方法進(jìn)行總結(jié)，對各方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)和適用性進(jìn)行對比和分析，旨在使讀者對它們有清晰和明確的理解，為今后相關(guān)研究的方法選擇提供依據(jù)。

1 常用的ET日尺度擴(kuò)展模型

基于實(shí)際應(yīng)用的目的，必須將遙感獲取的瞬時(shí)ET擴(kuò)展到日尺度[8]，當(dāng)下已有多種發(fā)展較為成熟的方法[9-10]，其中應(yīng)用最廣泛的是基于能量平衡原理的方法——恒定蒸發(fā)比(evaporative fraction, EF)法[11-14]和時(shí)間積分法[15]。恒定EF法認(rèn)為1 d之中的EF是恒定不變的，進(jìn)而根據(jù)衛(wèi)星過境時(shí)刻獲取的EF推算日ET； 而時(shí)間積分法將能量平衡方程的各個(gè)項(xiàng)目在日尺度上進(jìn)行積分來求算日ET。大量研究發(fā)現(xiàn)[16]，天氣晴朗時(shí)，農(nóng)田上方的ET日變化呈現(xiàn)正弦曲線形式，因而只要獲得任一時(shí)刻的地表ET速率，便可依據(jù)正弦曲線方程估算出日ET[17]，此為正弦關(guān)系法。此外，還有作物系數(shù)法和冠層阻力法。作物系數(shù)法是指衛(wèi)星過境時(shí)刻瞬時(shí)ET與參考作物ET的比值，日尺度ET獲取的前提是作物系數(shù)在白天保持不變[18]； 冠層阻力法認(rèn)為，冠層阻力在日內(nèi)變化具有一定的穩(wěn)定性，因而可以用衛(wèi)星過境時(shí)刻獲取的冠層阻力作為恒定值進(jìn)行ET日尺度擴(kuò)展研究[19-20]。上述5種方法的原理各不相同，在應(yīng)用時(shí)研究對象的特點(diǎn)也不相同，所以各種方法具有不同的適用性和反演精度。

1.1 恒定EF法

EF通常定義為實(shí)際ET與可利用能量之比，當(dāng)EF與地表可利用能量已知時(shí)，地表ET即可估算[21]。對于EF的計(jì)算，目前主要有特征空間法和其他相關(guān)指數(shù)法[22-24]。

早在1989年，Shuttleworth等[11]在FIFE(the first international satellite land surface climatology project field experiment)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，EF在白天幾乎保持不變，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，中午的EF可以代表整日的EF。隨后，陸續(xù)出現(xiàn)許多有關(guān)EF的研究。Sugita等[25]和Brutsaert等[22]在1991年和1992年分別對FIFE的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并得出結(jié)論，根據(jù)EF估算得到的日ET只比實(shí)際觀測的小5%～10%； Nichols等[26]通過對大尺度的水文氣象數(shù)據(jù)的研究，也認(rèn)為正午時(shí)分的EF和日平均EF之間存在極強(qiáng)線性相關(guān)，可用中午衛(wèi)星過境時(shí)刻的EF代替日平均EF來估算日ET。Kustas等[27]在美國亞利桑那州進(jìn)行試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在大部分條件下，中午時(shí)的瞬時(shí)EF與日EF高度線性相關(guān)，決策系數(shù)R2為0.92。類似的研究還有很多，詳見文獻(xiàn)[18, 20, 27-33]。

恒定EF法的基本假設(shè)前提是，雖然1 d中各個(gè)氣象因子等都發(fā)生了變化，但是能量平衡方程中各組分之間的比例保持不變，也即是一個(gè)恒定的值[34]。就EF法而言，其發(fā)展經(jīng)歷了考慮土壤熱通量的EF法和改進(jìn)的EF法。

考慮土壤熱通量的EF法在能量平衡方程中需要考慮土壤熱通量。在衛(wèi)星過境時(shí)刻，EF為瞬時(shí)潛熱通量與有效能量之間的比值[35]，即

(1)

式中：Rn為凈輻射,W·m-2；G為土壤熱通量，W·m-2；i為衛(wèi)星過境的瞬時(shí)值。因?yàn)榧僭O(shè)EF在白天恒定不變，那么衛(wèi)星過境時(shí)刻獲得的蒸發(fā)也即是1 d的恒定EF，對式(1)作24 h的積分，得到日ET，即

(2)

式中：ETd為日ET，mm·d-1；f為時(shí)間轉(zhuǎn)換因子;λv為汽化潛熱，J·kg-1；ρw為水的密度，kg·m-3。

改進(jìn)的EF法是在恒定EF的基礎(chǔ)上去掉了土壤熱通量這一項(xiàng)，假定白天和晚上的土壤熱通量G相互抵消，那么土壤熱通量在1 d內(nèi)的累計(jì)值為零[35]，相對應(yīng)的積分項(xiàng)可以忽略，這樣做不但可以減小土壤熱通量計(jì)算的不確定性所帶來的誤差，而且計(jì)算更加簡易。改進(jìn)后的EF為

(3)

那么，在日尺度上進(jìn)行積分，ETd就可以寫作

(4)

對于利用恒定EF法進(jìn)行ET時(shí)間尺度擴(kuò)展研究，存在較大爭議。Crago等[36]在1996年研究發(fā)現(xiàn)，夜間EF的變化往往是不穩(wěn)定的，所以他認(rèn)為EF恒定不變并不可靠，因?yàn)镋F是土壤供水狀況、大氣條件及太陽輻射等因子共同影響的結(jié)果，所以這種擴(kuò)展方法有較大的局限性。Hoedjes等[8]和Gentine等[33]發(fā)現(xiàn)濕潤地區(qū)的EF呈現(xiàn)兩頭高中間低的趨勢，而干旱地區(qū)的EF幾乎是保持不變的。而也有學(xué)者通過對不同的ET擴(kuò)展方法進(jìn)行研究后，得出恒定EF方法是相對可信的結(jié)論[37]。Li[28]等在中國西北干旱區(qū)葡萄園觀測研究發(fā)現(xiàn)，晴朗天氣狀況下，當(dāng)可利用能量超過200 W·m-2時(shí)，EF才是恒定的，當(dāng)可利用能量小于200 W·m-2時(shí)，EF會(huì)變得不穩(wěn)定且波動(dòng)較大。另外，在作物生長的不同階段，EF也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

一般而言，如果衛(wèi)星在早晨或者下午過境，由于大氣處在穩(wěn)定狀態(tài)和非穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)變階段，反演的EF誤差較大，所以最好利用中午或接近中午時(shí)衛(wèi)星過境的信息進(jìn)行EF的估算，此時(shí)獲得的EF與日內(nèi)平均EF的相關(guān)性最好[22]。綜合來看，改進(jìn)的EF法在大多數(shù)情況下要優(yōu)于考慮土壤熱通量的EF法，前者獲取的EF在1 d之中具有較好的穩(wěn)定性[37]。

1.2 時(shí)間積分法

Jackson等[15]在1977年對小麥進(jìn)行需水量的估算時(shí)提出，在能量平衡系統(tǒng)中，對各個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行24 h的積分，并且假設(shè)土壤熱通量G可以忽略。根據(jù)能量平衡方程，有

ET=Rn-H ,

(5)

式中H為顯熱通量，W·m-2。

那么在1 d尺度上進(jìn)行積分，有

ETd=Rnd-Hd,

(6)

式中：Rnd可以通過觀測或其他方法計(jì)算得到；Hd為日顯熱通量。其中，Hd可用正午時(shí)分冠層表面溫度與氣溫之差來獲取。因此，式(6)轉(zhuǎn)化為

ETd=Rnd-B(Tc-Ta) ,

(7)

式中：B為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，需要通過試驗(yàn)進(jìn)行測定；Tc為冠層溫度；Ta為空氣溫度。

這種方法原理清晰，簡單易用，僅需要使用1次衛(wèi)星過境的信息就能估算出日ET，因此便于大范圍的遙感應(yīng)用。在農(nóng)田配水灌溉、作物估產(chǎn)以及農(nóng)作物缺水狀況估算等領(lǐng)域具有重要意義。但是僅使用1次衛(wèi)星過境的信息，就忽略了地表眾多關(guān)鍵參數(shù)的時(shí)間序列信息，造成一定的誤差和不確定性，且需要在天氣狀況好的情況下進(jìn)行，對于陰天或有云的時(shí)日是無效的[38]。

1.3 正弦關(guān)系法

大量觀測研究發(fā)現(xiàn)，地表小氣候狀況在24 h內(nèi)呈現(xiàn)周期性的變化規(guī)律,如太陽輻射等。與太陽短波輻射類似，在晴朗的天氣條件下，瞬時(shí)的潛熱通量在日內(nèi)呈現(xiàn)正弦曲線變化規(guī)律[39-40]，因此，可以利用衛(wèi)星過境時(shí)刻的瞬時(shí)ET來推算日ET[41-42]。地表任意時(shí)刻的ET可以表示為

ETi=Emsin(πti/Ne) ,

(8)

式中：Em為正弦振幅(約為每天的最大蒸散量)；Ne為蒸發(fā)時(shí)數(shù)，數(shù)值上等于清晨ET過程開始到傍晚ET減弱到零的時(shí)間長度；ti為時(shí)間，是指從清晨ET過程開始到i時(shí)刻的時(shí)間間隔。對公式(8)進(jìn)行時(shí)間積分，那么晴天全天的ETd可以表示為

ETd=2NeETi/[π sin(πti/Ne)] ,

(9)

式中：Ne=N-2；N為從日出到日落的時(shí)間長度。

Jackson等[39]提出了N的經(jīng)驗(yàn)公式，可表示為

N=a+b{sin[π(D+10)/365]}2,

(10)

式中：D為觀測日在1 a中的日數(shù)；a和b是與緯度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，二者推算公式見文獻(xiàn)[40]。

此法基于實(shí)際觀測試驗(yàn)推導(dǎo)而來，不但便于理解，而且簡單易用，對晴朗的天氣可以得出高精度的結(jié)果[43]，具有較好的可行性。理論上，利用白天任意時(shí)刻的瞬時(shí)凈輻射通量代入到日ET的估算公式中都可以得到全天的ET[44-45]。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，利用不同時(shí)刻的瞬時(shí)觀測數(shù)據(jù)計(jì)算得到的日ET與蒸滲儀實(shí)際測量到的數(shù)值相比，往往存在一定的偏離，且利用同1 d不同時(shí)刻瞬時(shí)遙感數(shù)據(jù)計(jì)算得到的日ET數(shù)值之間也有很大的差異。這可能與正弦函數(shù)周期Ne和時(shí)間t的取值、作物及土壤等多個(gè)因素有關(guān)[46]。Chávez 等[37]分析了基于正弦關(guān)系的擴(kuò)展方法，結(jié)果表明此法會(huì)在一定程度上高估日實(shí)際ET。

1.4 作物系數(shù)法

Allen等研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)際ET與參考作物ET的比值也即作物系數(shù)在日內(nèi)變化較小，基于此研究前提，對作物日ET進(jìn)行了研究[47]。聯(lián)合國糧農(nóng)組織(Food and Agriculture Organization，F(xiàn)AO)提供了2種計(jì)算作物系數(shù)的方法，分別是分段單值法和雙值法，并給出了主要農(nóng)作物、草類以及樹類的作物系數(shù)典型值[48-49]。有研究表明，F(xiàn)AO-56作物系數(shù)法，尤其是雙值法作物系數(shù)能較好的模擬作物日蒸發(fā)蒸騰量[50-52]。

對于衛(wèi)星過境的瞬時(shí)，作物系數(shù)定義為瞬時(shí)ETi與參考作物ETri的比值[18,49,52]，有

(11)

式中：ETri為衛(wèi)星過境時(shí)參考作物蒸發(fā)量，W·m-2，這里由彭曼公式進(jìn)行計(jì)算得到；Kc是作物系數(shù)，無量綱。利用作物系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算的前提是假設(shè)作物系數(shù)在白天恒定不變，那么，ETd計(jì)算公式可以表示為

ETd=Kc·ETrd,

(12)

式中ETrd為日參考作物蒸發(fā)量。

Chávez等[37]在美國愛荷華州對玉米和大豆農(nóng)田進(jìn)行ET時(shí)間尺度擴(kuò)展對比研究中發(fā)現(xiàn)，在利用作物系數(shù)法進(jìn)行ET日尺度擴(kuò)展時(shí)，不同氣候條件和不同下墊面類型的模擬結(jié)果差異較大，總體上，對于有植被覆蓋的生長季節(jié)的作物模擬結(jié)果要優(yōu)于沒有植被覆蓋的裸土表面。在地表植被均勻的情況下，相對于其他的時(shí)間擴(kuò)展方法，作物系數(shù)法能得到精度更好的結(jié)果。

對于利用FAO-56提供的計(jì)算作物系數(shù)的方法進(jìn)行ET日尺度擴(kuò)展，很多研究表明結(jié)果可靠； 但是也有研究認(rèn)為，在作物生育期的中期和后期，分段單值法和雙值法確定的作物系數(shù)與實(shí)測值誤差較大，因此造成日ET會(huì)有較大誤差，必須根據(jù)實(shí)測值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整后，才能夠達(dá)到較為滿意的估算精度[53-56]。

1.5 冠層阻力法

冠層阻力是一個(gè)虛擬的物理量，表示不同層次、不同部位葉片的氣孔阻力和土壤濕潤狀況等對整個(gè)冠層蒸散影響的總效果[57],因此，冠層阻力并非是一個(gè)純粹的生理參數(shù)[58]。

Alves[19]和Farah[20]等在對冠層阻力日變化進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，冠層阻力的日內(nèi)變化不大，具有一定的穩(wěn)定性。Liu[59]等基于上述結(jié)論利用冠層阻力進(jìn)行時(shí)間尺度擴(kuò)展獲得了較好結(jié)果。利用此特性，就可以進(jìn)行ET日尺度擴(kuò)展研究[59-61]。關(guān)于冠層阻力的計(jì)算，不同學(xué)者提出了不同的參數(shù)化方法[62-66]，這里采用反推法[58, 60]，根據(jù)Penman-Monteith公式反推導(dǎo)出冠層阻力計(jì)算公式，公式中各個(gè)參數(shù)，比如衛(wèi)星過境時(shí)刻的凈輻射Rni和土壤熱通量Gi等可以通過遙感方法估算出來。得到衛(wèi)星過境時(shí)刻的冠層阻力后，在假設(shè)其不變的前提下，再依照Penman-Monteith公式估算日ET。

根據(jù)P-M公式進(jìn)行反推，得到冠層阻力表達(dá)式，即

(13)

式中：rsi為衛(wèi)星過境瞬時(shí)的冠層阻力；rai和ra分別為瞬時(shí)的空氣動(dòng)力學(xué)阻力和日空氣動(dòng)力學(xué)阻力，單位均為s·m-1；ki為衛(wèi)星過境瞬時(shí)的飽和水汽壓隨溫度變化的斜率，kPa·℃-1；ρi為瞬時(shí)空氣密度，kg·m-3；Cp為空氣定壓比熱，J·kg-1·℃-1；esi和eai分別為瞬時(shí)飽和水汽壓和瞬時(shí)空氣實(shí)際水汽壓，kPa；γ為干濕表常數(shù)，kPa·℃-1。將計(jì)算出的瞬時(shí)冠層阻力應(yīng)用到P-M方程中，得到ETd,即

(14)

式中：k為日飽和水汽壓隨溫度變化的斜率；ρ為日空氣密度；es和ea分別為日飽和水汽壓和日實(shí)際水汽壓。

劉國水等[7]用基于冠層阻力的擴(kuò)展方法在冬小麥生育期進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其在白天的變幅相對平緩，期間任意小時(shí)的冠層阻力值與白天的日值較為接近，因此可以利用白天獲得的數(shù)值代替日值進(jìn)行ET時(shí)間尺度擴(kuò)展。經(jīng)過與實(shí)測數(shù)據(jù)的對比驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，利用不同時(shí)段內(nèi)的冠層阻力擴(kuò)展得到的日ET與實(shí)測結(jié)果間的相關(guān)性顯著，且利用上午的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展得到的結(jié)果效果最好。但是，相較于其他方法，由于日內(nèi)冠層阻力計(jì)算過程未考慮對空氣動(dòng)力學(xué)阻力進(jìn)行穩(wěn)定度修正，故此法的日內(nèi)變異性更大。

2 結(jié)論

經(jīng)過近幾十a(chǎn)的研究，遙感估算ET的日尺度擴(kuò)展方法已經(jīng)發(fā)展了多種，每種方法因?yàn)槠渥陨淼脑砗脱芯繀^(qū)狀況的不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)。相比較而言，考慮土壤熱通量的EF法的反演結(jié)果系統(tǒng)偏差較大，一般情況下，在上午顯著偏低而在下午則顯著偏高； 改進(jìn)的EF法的估算結(jié)果系統(tǒng)偏差小于考慮土壤熱通量的EF法，模擬結(jié)果與實(shí)測值吻合較好，波動(dòng)不大。時(shí)間積分法原理清晰計(jì)算簡單，且與實(shí)測值有很好的相關(guān)性，但是在下墊面不均勻時(shí)，利用不同衛(wèi)星過境時(shí)刻反演得到的結(jié)果之間存在較大偏離； 正弦關(guān)系法的模擬結(jié)果總體會(huì)偏高； 作物系數(shù)法的模擬結(jié)果總體上偏低； 冠層阻力法擴(kuò)展結(jié)果在上午時(shí)段效果好于下午時(shí)段。

對于應(yīng)用較多的恒定EF法和作物系數(shù)法，2者分子相同分母不同，作物系數(shù)法可以認(rèn)為是EF方法的改善，后者分母應(yīng)用參考作物ET更為合理。其原因在于： ET的發(fā)生，無論是實(shí)際的還是潛在的，都是蒸發(fā)的3大影響因子(即能量供應(yīng)、水分供應(yīng)以及動(dòng)力驅(qū)動(dòng))共同作用的綜合結(jié)果。恒定EF法分母是可利用能量，只考慮了能量供應(yīng)的影響，而作物系數(shù)法分母項(xiàng)的參考作物蒸散，根據(jù)P-M公式原理，在水分供應(yīng)充足的條件下，不僅考慮了能量供應(yīng)也考慮了動(dòng)力驅(qū)動(dòng)對蒸發(fā)的影響，更符合蒸發(fā)發(fā)生的實(shí)際情況，理論上比恒定EF法有更好的模擬結(jié)果。

因此，利用瞬時(shí)衛(wèi)星過境信息進(jìn)行ET日尺度擴(kuò)展研究時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)禺?dāng)季的氣候氣象條件、地表覆蓋狀況、土壤水分等，并結(jié)合每一種擴(kuò)展方法的特點(diǎn)，選擇最為合適的方法。

3 存在問題

1)時(shí)間尺度擴(kuò)展的不確定性。遙感可以有效獲取區(qū)域尺度的地表參量，但有時(shí)效性的限制。首先，無論哪種方法，都是僅依據(jù)衛(wèi)星過境一次或有限次的數(shù)據(jù)作為恒定值進(jìn)行擴(kuò)展估算，而輻射狀況，氣象條件和地表狀態(tài)在1 d中是不斷變化的，故只應(yīng)用衛(wèi)星過境時(shí)刻的信息必然會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的失真。其次，遙感估算ET對天氣狀況和影像質(zhì)量有要求，這樣就存在一個(gè)問題，即使衛(wèi)星過境時(shí)刻的天氣狀況良好，可能下一時(shí)刻天氣轉(zhuǎn)陰而且持續(xù)時(shí)間很長，此時(shí)利用衛(wèi)星過境信息作為恒定值進(jìn)行時(shí)間尺度擴(kuò)展顯然是不合理的，會(huì)造成估算結(jié)果發(fā)生較大偏差。另外，現(xiàn)有的方法幾乎全是關(guān)于日尺度擴(kuò)展的，在更長時(shí)間尺度上，比如月尺度、年尺度等，相關(guān)的研究很少。一方面衛(wèi)星有重訪周期，如Landsat重訪周期為16 d，MODIS每天可以提供4次觀測數(shù)據(jù)，在2次衛(wèi)星過境的間隔內(nèi)沒有影像獲取，造成時(shí)間上的不連續(xù)； 另一方面，由于云的影響，很難獲得時(shí)間連續(xù)的觀測信息。靜止氣象衛(wèi)星正在成為這方面關(guān)注的熱點(diǎn)，但是其空間分辨率較小，無法獲取地表細(xì)節(jié)信息，這成為其廣泛應(yīng)用的限制。

2)水平方向能量的影響?，F(xiàn)有的遙感估算ET的模型，大多數(shù)是基于豎直方向上的能量平衡原理，未考慮水平方向的能量輸入，因此反演結(jié)果必然會(huì)出現(xiàn)誤差，尤其是在復(fù)雜地形條件下比如不同土地覆蓋類型的過渡帶，能量、土壤水分和氣象要素的分布差異更大，水平方向能量的影響更加顯著。由于估算瞬時(shí)ET的遙感模型大多沒有考慮到這種影響，所以基于此瞬時(shí)量進(jìn)行時(shí)間尺度擴(kuò)展的結(jié)果也沒有將水平方向能量因子考慮進(jìn)去。

3)真實(shí)性檢驗(yàn)。真實(shí)性檢驗(yàn)是遙感方法的基本要求之一。目前多利用實(shí)測值對遙感ET的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，實(shí)測值通過蒸滲儀、渦度相關(guān)儀和蒸發(fā)皿等手段觀測得到。在實(shí)測值認(rèn)為可信的前提下，這些數(shù)值往往是在點(diǎn)上觀測得到，只能代表特定的點(diǎn)，與遙感估算的面域的值是不相匹配的。一般來講，在下墊面均勻的情況下，可以認(rèn)為點(diǎn)上的觀測值在一定的像元尺度上有較好的代表性。但是當(dāng)?shù)乇韽?fù)雜多變時(shí)，點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)就不能代表像元尺度。因此，遙感估算ET的面尺度檢驗(yàn)也是當(dāng)前面臨的難題。

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(責(zé)任編輯： 邢宇)

Review of methods on estimation of daily evapotranspiration from one time-of-day remotely sensed transient evapotranspiration

LIU Suhua1,2, TIAN Jing1, MI Sujuan1,2

(1.KeyLaboratoryofWaterCycleandRelatedLandSurfaceProcesses,InstituteofGeographicalSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China; 2.ChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

Remote sensing is a main method for obtaining large-scale land surface evaportransporation (ET), and the direct result of ET is an instantaneous value estimated at the passing time of satellite. Therefore only the daily evapotranspiration has practical significance. Recently, many ET time scale extrapolation methods have been proposed, such as constant evaporative fraction method, time integration method, sinusoid method, crop coefficient method and canopy resistance method. In order to provide readers with clear outlines about the methods and tell readers what is the proper justification when these methods are used, this paper attempted to summarize and make a comparison of the above 5 common methods based on their principles and characteristics. The results obtained show that each method has its own advantages and disadvantages, and hence researchers should consider features of the study area and the data to assure the best selection. What’s more, there is a summarization about the existing difficulties and the research hotspots.

remote sensing; evaportransporation(ET); time spreading; evaporation ratio; time integration method; sinusoid method; crop coefficient method; canopy resistance

10.6046/gtzyyg.2016.04.02

劉素華，田靜，米素娟.遙感估算蒸散發(fā)量的日尺度擴(kuò)展方法綜述[J].國土資源遙感,2016,28(4):10-17.(Liu S H,Tian J,Mi S J.Review of methods on estimation of daily evapotranspiration from one time-of-day remotely sensed transient evapotranspiration[J].Remote Sensing for Land and Resources,2016,28(4):10-17.)

2015-06-03；

2015-07-07

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“土壤-植被水熱參數(shù)多模式遙感協(xié)同反演與動(dòng)態(tài)分析”(編號： 2013CB33406)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“無線傳感器觀測網(wǎng)絡(luò)與遙感蒸散模型的雙向互操作協(xié)同研究”(編號： 41171286)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“地物比輻射率測量方法與土壤比輻射率的變化規(guī)律研究”(編號： 41271380)共同資助。

TP 751.1

A

1001-070X(2016)04-0010-08

劉素華(1986-)，女，博士研究生，主要從事水文遙感方面的研究。Email: liulin557@163.com。