河西走廊荒漠绿洲蒸散发空间格局及尺度效应研究

Due to the complexity of land surface in desert oasis, the evapotranspiration(ET) is difficult to estimate on the transition region of different land surface condisions and the results depends on the resolution of data sourses. It will lead to the different ET results on same landuse type and different spacial pattern of oasis ET when we use different scales to analyse. Therefore, based on the scale effect theory of ecohydrology, we choose two typical desert oases (Heihe oasis and Shiyang oasis) in Hexi corridor as the study area, modelling evapotranspiration using three different kinds of remote sensing data sources through energy balance method. The results will be validated by ground observation and cross-validation. The ET results will be resampled into 13 different scales to analysis different spacial pattern of oases. Associated with land use data from remote sensing, we can study the relationship between evapotranspiration scale and land use type, the optimal spatial resolution of ET recearch on heterogeneous land surface, and the method to correct the evapotranspiration on the edges of land use types. And we also can study the similarity and difference on ET scale effects of different months during the growing season to discuss the driving factors of scale effect. This research will improve the accuracy of ET modelling on complex land surface, provide theoretical basis for evapotranspiration scaling, and deepen our understanding of regional water consumption in desert oasis.

在荒漠绿洲区域蒸散发估算研究中，由于下垫面的异质性，在不同下垫面的过渡区，蒸散发难以被准确模拟，而且不同分辨率会有不同的结果。这导致在不同空间尺度上对蒸散发进行分析时，各土地利用类型的蒸散发和绿洲的蒸散格局都会有所差异。因此，本项目拟以生态水文学的尺度效应理论为出发点，以河西走廊典型绿洲：石羊河和黑河绿洲为研究区，使用三种遥感数据源，通过能量平衡模式模拟蒸散发，并进行检验和交叉检验，并重采样生成13种不同空间分辨率的蒸散数据，从而分析不同尺度蒸散发的空间格局；并结合由卫星资料获取的土地利用数据，研究蒸散发尺度与土地利用类型之间的关系，探讨非均质下垫面蒸散发研究的最佳空间分辨率，及土地利用类型交界区域蒸散的修正方法，同时分析生长季内不同时相绿洲蒸散发空间尺度效应，探讨蒸散发尺度效应的驱动因子。本研究将有助于复杂下垫面蒸散模拟精度的提高，并为蒸散发尺度转换提供理论依据，加深对绿洲耗水的理解。

在荒漠绿洲区域蒸散发估算研究中，由于下垫面的异质性，在不同下垫面的过渡区，蒸散发难以被准确模拟，而且不同分辨率会有不同的结果。这导致在不同空间尺度上对蒸散发进行分析时，各土地利用类型的蒸散发和绿洲的蒸散格局都会有所差异。因此，本项目以生态水文学的尺度效应理论为出发点，使用了三种遥感数据源，通过能量平衡模式，模拟了植物生长季河西走廊绿洲蒸散发，蒸散发结果通过了地面观测检验和交叉检验。采用遥感空间重采样方法，将不同数据源的蒸散结果进行空间重采样，结果显示，1000m×1000m分辨率以下蒸散由于网格过大，对下垫面的表现不佳，无法明显表现出荒漠绿洲的双峰型格局。利用Landsat数据获取了绿洲土地利用类型图，分析了不同土地利用类型上的蒸散发，随着空间分辨率的降低，水域和农田等高蒸散土地利用类型发生明显下降，其中水域下降最快，而蒸散较低的土地利用类型，如建筑用地，在混合象元的影响下蒸散会相对增加。有些地物类型随尺度的降低存在不稳定性，如湿地和有林地。整体上看，在1000m分辨率以上各地物蒸散发大小序列基本保持相同的状态，1000m分辨率以下则不能较好的表现不同地物类型的蒸散。对绿洲典型土地利用类型进行了频数曲线分析，同种地物蒸散发应该呈单峰型分布，这从1000m以上分辨率结果中均能较好的体现，但更小分辨率无法体现单峰形分布特征。500m分辨率以上图像所得到的频率分布其中值、平均值基本一致，频率分布曲线没有明显差异，可以认为在500m分辨率以上，分辨率问题基本不影响蒸散结果；而1000m分辨率的结果虽然仍呈现单峰型，但中值有明显的偏小，且峰形和高频率范围都有明显变化，在此分辨率下对蒸散模拟可能会造成较大误差。因此，在干旱区荒漠绿洲，建议使用500m以上分辨率的数据源进行蒸散发模拟。