利用MODIS数据估算晴空条件半干旱地表能量通量

【摘要】：地表能量通量是表征下垫面强迫及其与大气相互作用的一个重要参数,在数值预报和气候模式中占有重要的地位,在气候研究、天气预报和土地利用等方面都有广泛的应用。我国北方干旱化问题已变得非常严峻,严重影响了北方地区的工农业生产及人民的日常生活,为了在一定程度上实现干旱化过程的控制和生态环境的改善,获得我国北方半干旱地气界面物质和通量交换特征,分析不同土地利用对区域能量和水分循环的影响已成为当务之急,而卫星遥感是研究区域地表能量通量的最佳手段。利用多个MODIS陆地和大气产品,给出了一个不需要地面观测气象数据,而仅用卫星遥感数据来计算晴空条件下半干旱地表上的能量通量计算方案。方案基于地表能量平衡原理,先通过对地表处向下短波辐射、向上短波辐射、向下长波辐射和向上长波辐射通量的四个能量收支分量的参数化计算地表净辐射,再根据土壤热通量与基于归一化植被指数NDVI、地表反照率、地表温度和净辐射通量的经验公式计算土壤热通量,接着由S-SEBI模型根据地面温度和地表反射率散点图给出的湿润地表温度与干燥地表温度,推算蒸发比率进而得到蒸散,最后根据能量平衡方程得到感热通量。考虑到大多数农业灌溉和水文学应用都需要每天或更长时间的地表能量通量值,利用正弦模型模拟晴空地表能量通量日变化,将卫星过境时的瞬时地表能量通量值转换为日平均通量值。方案计算了2003年7月到10月、2004年7月至11月及2005年6月至10月期间退化草地89个晴空数据和农田85个晴空数据,与地面观测数据对比表明方案能有效计算地表能量通量:卫星反演的草地和农田净辐射通量均方根误差达到47.5和49.2Wm-2,土壤热通量均方根误差为23.8和54.0Wm-2,感热通量均方根误差为96.2和90.6Wm-2,蒸散均方根误差为53.7和57.6Wm-2,剔除被云污染的数据后日平均净辐射均方根误差为20.4和22.1Wm-2,日平均蒸散均方根误差为29.8和35.4Wm-2。以上反演的通量值均在合理的误差范围内,其中净辐射通量和日平均净辐射的结果优于国内外同类研究的精度。