SEBAL模型区域优化及蒸散量与土地利用/覆被变化关系研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangzhongyan22
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全球水资源而临匮乏难题,蒸散发(Evapotranspiration,以下简称ET)作为陆面耗水的主要方式,已经引起人们的关注。蒸散发包括土壤蒸发和植物蒸腾,在此过程中,需要对周围环境吸收热量,故蒸散发不仅是水平衡项,也是热平衡项。区域蒸散发研究,对了解一个地区的水资源利用状况具有重要意义,并可以为该地区的水资源合理利用与优化配置提供决策与支持。黄土高原位于大陆腹地,气候较干旱,降水稀少,蒸发强烈,水源短缺。本文选取黄土高原典型流域甘肃天水罗玉沟流域为研究区,以2006年和1986年两个时段的TM影像为原始数据,通过对SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land)模型进行区域优化并估算蒸散量,采用地面实测日蒸散发资料对估算结果进行验证,表明SEBAL模型在该流域较为适用。同时,得到该流域蒸散发的空间变化规律,并结合该流域相应时段的土地利用变化进行对比分析,最后对蒸散发与地表参数的关系及其敏感性进行了分析,得到如下主要结论:①采用地表反射率和DEM对SEBAL模型进行区域优化,之前遥感反演日蒸散量平均为3.25mm,误差为12.68%;优化后日蒸散量为2.96mm,平均相对误差为8.32%,反演精度显著提高。②流域内蒸散量呈现西北高、东部低的空间分布规律,尤其在高植被覆盖区蒸散量比较大。不同土地利用类型日蒸散量差异显著。基本规律为:水体>林地>梯田>建筑用地。其中,水体和林地日蒸散量最大,平均值分别为3.89mm和3.01mm,梯田次之,平均为2.92mm,建筑用地最小,平均值为2.8mmm。③罗玉沟流域20年间研究区的土地利用/覆盖变化显著,变化面积达到87.03%。梯田、自然植被、建设用地的面积均有不同程度的增加(分别增加了275.0%,17.05%,14.32%);坡耕地和裸地的面积急剧减少(分别减少了76.5%与20.31%)。流域内土地利用变化明显,主要为坡耕地向梯田和林地转移,ET的空间分布与土地利用/覆盖类型有关,土地利用/覆盖的特点基本控制了研究区域ET的分布特点。④利用日蒸散量与地表因子进行相关性分析,得到:日蒸散发量与NDVI成线性相关,其相关系数R2达到0.58;日蒸散发量与植被覆盖度呈高度线性相关,其相关系数R2为0.866;与地表温度呈指数关系;与高程因子呈微弱的线性相关,与坡度、坡向关系不明显。⑤2006年比1986年ET显著增大(>0.5)的区域占到罗玉沟总面积的47.6%,明显减小的占到13.2%。研究区域内ET的空间分布与土地利用/覆盖类型有关,ET增大的区域基本上是从坡耕地变为梯田和林地,改变的土地利用类型有利于地表的蒸散发,故ET增大;ET显著降低的区域主要集中在裸土地和建筑用地,土地利用/覆盖的特点基本控制了研究区域ET的区域分布特点。在气候变化大背景下,近20年研究区温度逐渐升高,使得2006年各个类型的日ET量都大于1986年的日ET量。两个时期都表现为水体最大,梯田次之,建设用地的ET最小。不同土地利用/覆盖类型下ET和植被覆盖度之间都存在明显的相关关系。区域蒸散发可以敏感地反应土地利用/覆被变化引起的能量和水分运动,能表征气候变化对地表特征的影响,研究流域内蒸散发分布规律可为罗玉沟流域土地利用规划、环境规划提供科学支持。
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