基于改进SEBAL模型的三江平原农田蒸散和水分利用效率研究

在目前水资源日益短缺情况下，为了科学管理水资源实现水资源的可持续利用，开展蒸散发和水分利用效率研究成为热点。本研究选择全国重要商品粮生产基地－三江平原为研究区，以农田为重点，利用改进SEBAL遥感模型开展蒸散和水分利用效率研究，针对三江平原特点，通过进行地表温度、地表反照率、参考高度处大气温度、大气单向透射率、动量粗糙度、零平面位移和净辐射等模块的改进，实现SEBAL模型进行改进和区域参数校正；在分析通量源区基础上选择像元进行蒸散反演验证；分析研究区农田蒸散发和水分利用效率的时空分布格局，进行农田水分利用效率分区，探讨农田水分利用效率较低区域的形成机理，为提高三江平原农田水分利用效率提供可靠的数据支持。本研究将为湿润-半湿润地区蒸散和水分利用效率遥感研究提供借鉴意义，同时也为农田灌溉、水利建设和区域水资源管理提供科学基础，对促进三江平原农业可持续发展以及保障粮食安全具有重要的意义。

本研究针对三江平原特点，完善SEBAL模型进行初步改进和区域参数校正；分析研究区农田蒸散发和水分利用效率的时空分布格局，进行农田水分利用效率分区，探讨农田水分利用效率较低区域的形成机理，为提高三江平原农田水分利用效率提供可靠的数据支持：.1）地表参数的遥感反演.地表参数是遥感蒸散模型的输入项，其精度决定着蒸散量的遥感估算精度，因此本文分别用不同算法对蒸散遥感模型的关键地表参数-地表温度和大气水汽含量进行了比较，发现了覃志豪单窗算法对于地表温度的反演精度最高，而大气校正对于提高估算结果的精度有一定的作用。.2）模型的改造.结合三江平原具体区域特点，补充改善了原 SEBAL 模型。针对三江平原空气中湿度较大，太阳高度角较低的特点，利用考虑了大气水汽对短波辐射吸收作用的计算方法，来计算湿润半湿润地区的大气单向透射率。利用近地层大气温湿度观测值来估算大气长波下行辐射的模型来估算三江平原的大气下行长波辐射。通过对模型中关键参量估算精度的改进来提高蒸散量的估算精度。.3）蒸散量遥感估算结果的验证.首先，利用涡度相关数据对遥感估算的蒸散量进行了验证，经过下行长波辐射模型校正的SEBAL模型和经过大气单向透射率模型校正的SEBAL模型对校正前SEBAL模型误差分别减少了2.19%和3.66%，而同时应用两种模型进行校正后模型比未校正的SEBAL模型误差减少了7.12%，平均误差为6.95%，模型精度较高。其次，利用遥感估算的三江平原气象站点作物系数与实测作物系数作比较，检验模型方法的准确性。经过研究我们可以发现各气象站点处的蒸散估算值与基于作物系数计算的蒸散量之间的线性相关系数基本都在0.55以上，最高达0.72，平均为0.64左右。.4）相关性分析和敏感性分析.日蒸散量和地表温度、相对湿度呈较好的负相关关系，日蒸散量和平均气温、日照时数呈现出较好的正相关性，但是三江平原日蒸散和NDVI、日最高温、日最低温相关性较差。对于三江平原来说，蒸散量对地表温度的敏感性最大，同时反照率、大气水汽含量和平均气温的敏感性较大，而平均风速、NDVI和地表比辐射率的敏感性较小。.5）研究区农田水分利用效率时空格局研究.通过水稻单位产量和遥感估算的蒸散量，我们计算得到研究区水分生产力，从图中我们发现，同水稻单位产量的空间分布的格局一样，WP从三江中部向南北两侧减少。