无资料地区土壤水分估算方法研究

无资料流域水文预报(PUB)是国际前沿问题和国内重大需求。本研究以2009年全国春旱发生较严重的河南省为研究对象，收集农业气象站、地方墒情监测站等多方观测的实测土壤水分数据，分析和建立表层与根层土壤水分关系，根据维也纳理工大学全球遥感表层土壤水分数据库，估算研究区网格化根层土壤水分。以实测资料率定所建关系，估算无资料地区根层土壤水分。调查研究区的土壤剖面，开展野外典型垂直剖面不均匀土壤水分运动试验，获取机理认识，完善已自主建立的VIP分布式生态水文动力学模型的土壤水分模拟。采用遥感和野外观测等多源数据和地理信息系统，率定模型参数，构建基于过程的区域土壤水分模拟系统。分析气象站建站以来的大气驱动要素和包括灌溉和土地利用等管理措施，用所构建模拟系统，估算无资料地区长系列土壤水分，分析其变化趋势和土壤水分的典型自然地带特征，丰富PUB研究理论，为区域水循环要素预警和水资综合管理提供科学依据。

无资料区水文预测(PUB)是水文科学前沿问题和解决重大实际问题的需求。本研究以2009年全国春旱发生较严重的河南省为研究对象，并推广到华北平原和全国，采用野外调查、定点实验、机理模型模拟、遥感反演融合等方法，开展了无资料区土壤水分估算工作。具体成果有：1）建立和发展了无资料流域水文预测(Predictions in Ungauged Basins, PUB)研究的“借—替—种”三元方法论；2）基于农业气象站、地方墒情监测站等多方观测的实测土壤水分数据，建立了全国普适的表层与深层土壤水分关系； 3）基于野外典型不均匀垂直剖面挖掘、取样和观测，获取了从表层到160cm深度8个层次的多个土壤物理参数的取值，揭示了上层和下层土壤物理参数的变化规律；4）完善了项目组自主建立的基于过程的VIP（vegetation interface process)植被界面过程分布式生态水文模型，获取了包括维也纳理工大学全球遥感表层土壤水分数据库在内的多源遥感数据和实测数据，并结合2）、3）成果，建立了模型-遥感-实测资料融合的区域土壤水分模拟系统。5）开展了无资料区长系列高时空分辨率土壤水分的估算并进行了验证。这些成果，通过从较易获取的区域表层土壤水分信息估算较难获取的区域深层土壤水分，通过更准确估算非均质土壤水分，通过延长土壤水分系列和提供更精细的土壤水分的空间分布，丰富了PUB研究理论，为区域水循环要素预警和水资综合管理提供科学依据。