基于蒸散的遙感監(jiān)測e項目研究

1樹間土面蒸發(fā)eet是一門簡單的英語語詞，被稱為蒸發(fā)和蒸發(fā)，即作物表面的蒸發(fā)（t）和樹間土壤的蒸發(fā)（e）。ET代表區(qū)域內(nèi)真實的耗水量，是水分循環(huán)的重要組成部分，也是水資源管理和水利用模式評價的一個重要參數(shù)。在水資源緊缺區(qū)域，利用ET進(jìn)行用水控制和水資源分配是目前國外進(jìn)行水資源管理的新的有效手段。影響ET的因素主要有氣象因子（降雨、風(fēng)速、溫度、濕度及壓強(qiáng)等）、土地利用狀況、土壤濕度和植被狀況等。1.2氣-液聯(lián)動蒸散計算(1）傳統(tǒng)ET監(jiān)測估算方法：傳統(tǒng)的計算蒸散的方法都是在先計算潛在蒸散的基礎(chǔ)上，與作物系數(shù)相乘，最后計算出實際蒸散。潛在蒸散的計算方法大致可分為三類，即基于溫度的計算方法ETp=KW(T-32）(McCCoud,1995）；基于輻射的計算方法ETo=0.0135(T+17.8）(HargreavesandSamani,1985）；基于溫度和輻射結(jié)合的計算方法由于蒸散在時間上和空間上是高度變化的，所以計算方法最好能夠兩項同時滿足。傳統(tǒng)蒸散計算方法的優(yōu)點是在時間尺度上具有連續(xù)性，可以計算每天的蒸散；其不足是只能提供特定位置的點值而不能在區(qū)域尺度上計算蒸散，無法很好地描述蒸散的空間變異性。(2）遙感監(jiān)測ET估算方法：隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展完善，遙感監(jiān)測ET估算方法現(xiàn)已出現(xiàn)。其原理為應(yīng)用遙感影像收集到的可見光波段、近紅外和熱紅外波段信息，進(jìn)行地表反照率、地表溫度、地表比輻射系數(shù)等參數(shù)的反演，進(jìn)而求出地表凈輻射通量Rn、土壤熱通量G和顯熱通量H，再計算出遙感影像對應(yīng)的瞬時和每天蒸散量。表達(dá)式為Rn=LE+G+H。利用SEBAL模型可進(jìn)行遙感監(jiān)測ET計算，其原理是利用不同分辨率的遙感數(shù)據(jù)，來獲取當(dāng)天的實際蒸騰蒸發(fā)量，采用Penman公式和氣象數(shù)據(jù)計算出參照騰發(fā)量，而后用空間和時間的外推法，形成相應(yīng)分辨率、長時間序列的遙感反演ET結(jié)果。2通過遙感監(jiān)測項目的主要任務(wù)和建設(shè)內(nèi)容2.1海運(yùn)流域水環(huán)境綜合管理的主要內(nèi)容遙感監(jiān)測ET項目是GEF海河流域水資源與水環(huán)境綜合管理項目（簡稱GEF海河項目）的重要組成部分，是GEF海河項目由海委承擔(dān)的流域級五項戰(zhàn)略研究、制定海河流域水資源與水環(huán)境綜合管理戰(zhàn)略行動計劃、知識管理（KM）開發(fā)能力建設(shè)、建立海河流域遙感監(jiān)測ET系統(tǒng)、實施流域級的項目管理與培訓(xùn)等主要內(nèi)容之一。遙感監(jiān)測ET的主要任務(wù)，是組建海河流域遙感監(jiān)測ET中心，建設(shè)遙感監(jiān)測ET管理系統(tǒng)，向相關(guān)項目和戰(zhàn)略研究提供ET數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。其目標(biāo)是利用遙感監(jiān)測ET值進(jìn)行水資源綜合管理，實現(xiàn)“真實”節(jié)水。2.2建立遙感監(jiān)測et數(shù)據(jù)分析遙感監(jiān)測ET項目建設(shè)內(nèi)容主要包括以下5個方面：(1）引進(jìn)先進(jìn)的衛(wèi)星遙感技術(shù)和分析模型（SEBAL模型），開展遙感監(jiān)測ET數(shù)據(jù)生產(chǎn)。(2）建立基于GIS的遙感監(jiān)測ET管理系統(tǒng)，并為流域和示范縣生成2003-2008年期間的ET數(shù)據(jù)。(3）開展遙感監(jiān)測ET估算的獨立地面驗證。(4）開發(fā)相關(guān)的應(yīng)用工具，包括基于ET的流域級水平衡分析工具、地下水監(jiān)管、?。ㄊ校┘壦~管理工具、縣級水定額管理工具、灌區(qū)級真實節(jié)水工具。(5）提供技術(shù)支持，開展技術(shù)培訓(xùn)。3設(shè)計思路和方案海河流域遙感監(jiān)測ET系統(tǒng)總體技術(shù)框架，是根據(jù)《海河流域水資源與水環(huán)境綜合管理遙感監(jiān)測ET系統(tǒng)工作大綱》要求和歷次世行檢查團(tuán)意見以及國際咨詢專家建議進(jìn)行設(shè)計的，詳見圖1。3.1etms基礎(chǔ)平臺層ETMS共分為3個層次：數(shù)據(jù)采集層、ET基礎(chǔ)平臺層和應(yīng)用系統(tǒng)層。數(shù)據(jù)采集層由數(shù)據(jù)采集與交換子系統(tǒng)來實現(xiàn)，由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)交換兩部分組成。其中，數(shù)據(jù)采集負(fù)責(zé)將遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并負(fù)責(zé)ET數(shù)據(jù)庫與KM數(shù)據(jù)庫之間數(shù)據(jù)的交換。ET基礎(chǔ)平臺層是整個ETMS的核心，負(fù)責(zé)開展ET所需數(shù)據(jù)的預(yù)處理、ET數(shù)據(jù)生產(chǎn)等工作。它包括用戶管理子系統(tǒng)、ET數(shù)據(jù)生產(chǎn)子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)。用戶管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對不同的用戶進(jìn)行分級管理，數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的查詢，ET數(shù)據(jù)生產(chǎn)子系統(tǒng)則完成從原始數(shù)據(jù)到ET成果的生產(chǎn)流程（包括數(shù)據(jù)預(yù)處理和ET數(shù)據(jù)最終成果生成兩個過程）。應(yīng)用系統(tǒng)層包括5個應(yīng)用工具，其中流域級的2個工具（流域水平衡分析工具和流域地下水管理工具）將集成到ETMS中，從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和KM共享數(shù)據(jù)庫中調(diào)用所需數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究并將成果返回到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和KM共享數(shù)據(jù)庫；另外的工具（省級水定額管理工具、縣級水定額管理工具）將在開發(fā)完成后提交給省市級和示范項目用戶，由其獨立運(yùn)行使用（其所需數(shù)據(jù)可以從KM共享數(shù)據(jù)庫獲?。?.2數(shù)據(jù)分析與管理用戶對象分為2個層次，即流域級和省市級。流域級用戶采用2個流域級的分析管理工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與管理，與ETMS有著密切的關(guān)系，并與KM數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)互訪；省市級、示范項目、戰(zhàn)略研究、IWEMP等用戶則只從KM共享數(shù)據(jù)庫獲取所需數(shù)據(jù)。3.3遙感模型材料的驗證和校核外業(yè)驗證指ET獨立地面驗證和野外調(diào)查驗證，負(fù)責(zé)對遙感調(diào)查成果和SEBAL模型進(jìn)行驗證和校核，從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提取所需數(shù)據(jù)并將驗證成果和結(jié)論返回系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。4遙感監(jiān)測與其他項目和戰(zhàn)略研究之間的關(guān)系4.1流域水資源與水環(huán)境知識管理平臺同遙感監(jiān)測ET項目一樣，KM（知識管理）建設(shè)也是GEF海河項目的重要基礎(chǔ)服務(wù)性項目，它是一個包括信息資源交流、共享及整合功能的流域水資源與水環(huán)境知識管理基礎(chǔ)平臺。遙感監(jiān)測ET系統(tǒng)需要從KM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括水文數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、基本圖形資料等。隨后，遙感監(jiān)測ET中心將利用這些基礎(chǔ)資料并結(jié)合購買的遙感影像數(shù)據(jù)，通過SEBAL模型的計算，得到遙感監(jiān)測ET數(shù)據(jù)成果及土地利用分析成果，并將成果通過遙感監(jiān)測ET管理系統(tǒng)返回發(fā)送到KM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲，供各級項目辦使用。4.2遙感監(jiān)測et項目遙感監(jiān)測ET項目的實施需要得到相關(guān)各級項目辦的支持和理解，同時需向各級項目辦提供遙感監(jiān)測ET理念的相關(guān)培訓(xùn)、必要的技術(shù)支持和遙感監(jiān)測ET數(shù)據(jù)成果。遙感監(jiān)測ET項目涉及到流域級水平衡分析工具、流域級地下水監(jiān)管工具、省級水定額管理工具和縣級水定額管理工具的開發(fā)。以上工具開發(fā)完成以后，將提交給各級項目辦進(jìn)行基于遙感監(jiān)測ET的水管理工作。當(dāng)遙感監(jiān)測ET數(shù)據(jù)成果存儲入KM系統(tǒng)以后，各級項目辦可以從KM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲取自己需要的遙感監(jiān)測ET數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)分析和管理工作。4.3遙感監(jiān)測及使用工具遙感監(jiān)測ET項目為戰(zhàn)略研究四（海河流域節(jié)水和高效用水）、戰(zhàn)略研究五（海河流域地下水可持續(xù)開發(fā)及水權(quán)、打井許可）提供遙感監(jiān)測ET數(shù)據(jù)成果、相關(guān)使用工具技術(shù)支持。5在規(guī)劃建立過程中，還需要進(jìn)一步完善，在后續(xù)的框架上，對具體的項目進(jìn)行精細(xì)化管理的技術(shù)和應(yīng)用，進(jìn)行系統(tǒng)完善遙感監(jiān)測ET項目作為一項從國外引入的新技術(shù)，在其實施中必然會遇到很多問題，主要集中在以下4個方面：(1）大范圍應(yīng)用遙感監(jiān)測ET，特別對像海河流域這樣大的范圍而言在國外也少有先例。因此，在項目本身組織建設(shè)、機(jī)構(gòu)管理和項目之間縱向橫向協(xié)作上，都有很大的困難，是一個不斷完善的過程。(2）遙感監(jiān)測ET概念還需要進(jìn)一步普及。特別是在縣級基層管理人員和技術(shù)骨干中，遙感監(jiān)測ET概念的建立需要一個不斷深化的過程，ET應(yīng)用