基于静止气象卫星数据时间和空间信息的区域蒸散发遥感反演研究

In light of the limitations in the estimation of regional evapotranspiration (ET) after a comprehensive review of the current remotely sensed methods, a model consisting of a temporal-variation information based sub-model and a spatial-variation information based sub-model will be firstly established for ET estimation on the basis of the knowledge from the ground-based measurements and the SVAT (soil-vegetation-atmosphere transfer)-explored physics of how surface water and energy are transported and especially of how ET is varied temporally and spatially with the atmospheric forcing, the surface soil moisture and the surface characteristic parameters (surface temperature, surface net radiation, their temporal variations, surface albedo, vegetation index and fractional vegetation cover, surface roughness length). This model could improve the commonly used spatial contextual and tempporal information-based ET methods in which dry and wet edges (pixels) are often mistakenly determined due to the limited knowledge or two many ground-based inputs are required. Secondly, by making full use of both the data/products retrieved from the multi-spectral, multi-temporal information provided by the geostationary satellite and the inter-pixel spatial information of these data/products, regional ET will be estimated from the constructed temporal-variation and spatial-variation information based sub-models. Thirdly, estimated ET will be evaluated and validated against the ground-based LAS measurement collected at the satellite overpass time in order to further improve the developed sub-models. An operationally new ET theory/method will be finally refined and put forward based on the information/knowledge of temporal and spatial variations of remote sensing data to provide scientific foundation of ET estimation over large area.

本申请旨在遥感估算区域蒸散发（ET）现有研究成果的基础上，针对尚存在的不足，首先利用地面试验观测和具有较强物理机理的土壤-植被-大气水热传输（SVAT）模型，深入探索地表水热传输与转化特别是ET在时间和空间上随大气强迫、表层土壤含水量和地表特征参数变化的物理规律，构建ET估算的时间变化信息模型和空间变化信息模型，改善目前仅利用遥感数据空间分布信息或时间分布信息进行ET估算时因信息有限易导致干边（点）和湿边（点）误判或需要较多地面数据辅助的缺陷，然后充分发挥静止气象卫星提供的多光谱、多时相信息以及像元间遥感数据空间组合信息的优势，实现区域尺度的ET遥感定量估算，并利用地面观测数据（LAS）对模型进行评估、修正和完善，从而提出一套创新的、可操作的、依据遥感时间和空间变化信息估算区域ET的理论与方法，为利用遥感技术开展全球范围宏观尺度的区域ET估算提供科学的理论基础和依据。

蒸散发是地表能量平衡和水量平衡的重要组成部分。蒸散发的准确估算对区域气候、农业和水资源管理等有着重要的意义。考虑到土壤湿度是地表蒸散发的主要来源，本项目首先开展了基于静止气象卫星数据时间信息反演土壤湿度的方法研究，重点针对实际应用中时间信息土壤湿度反演模型系数获取困难的问题，提出了将模型系数定义为时间不变系数与时间变化系数的设想，建立了模型系数与常规气象要素之间明确的数学表达关系，解决了模型应用对现时气象条件的依赖问题。同时，探索了利用现有多源土壤湿度产品率定模型系数的方法。上述研究为基于静止气象卫星数据反演土壤湿度奠定了理论基础。进一步，在考虑多地表参数，尤其是土壤湿度对蒸散发反演的影响的基础上，探索了基于遥感时空数据融合的高空间分辨率蒸散发遥感反演方法，并基于多源遥感数据，获取了区域和全球尺度长时间序列高空间分辨率蒸散发数据，不仅为像元尺度蒸散发验证提供了有效参考，而且为相关应用领域提供了可靠的蒸散发数据产品。.在完成本项目预定的研究目标基础上，项目团队成员继续深入思考了蒸散发以及与之相关的土壤湿度遥感反演问题。针对现有研究的不足，提出了晴空逐像元确定地表温度-植被指数梯形特征空间理论干湿边的思想，发展了全天候蒸散发反演方法。.项目实施以来，通过一系列技术攻关，完成了预定的研究内容，标注本项目资助的SCI论文19篇。目前相关方法研究成果已用于生产我国主要陆地区域逐日瞬时蒸散发产品，并在国家地球系统科学数据中心进行了数据共享，供免费下载使用。