區(qū)域蒸散發(fā)的估算方法綜述

區(qū)域蒸散發(fā)的估算方法綜述

0估算區(qū)域蒸散發(fā)的主要方法土壤和植物氣連續(xù)系統(tǒng)中的水運(yùn)動(dòng)是一個(gè)重要而復(fù)雜的過(guò)程，其強(qiáng)度與土壤、植物和環(huán)境密切相關(guān)。對(duì)其研究不僅涉及到土壤學(xué)、植物學(xué)、氣象學(xué)和氣候?qū)W,而且還與水文學(xué)、地球物理學(xué)等其他學(xué)科密切相關(guān)。自1802年Dalton提出計(jì)算蒸發(fā)的公式以來(lái),蒸散發(fā)理論取得一些重要成果,如波文比能量平衡法、空氣動(dòng)力學(xué)方法、渦度相關(guān)法、Penman-Monteith公式等,但是這些理論主要是在點(diǎn)尺度上提出的,而在區(qū)域尺度上仍有很多局限性。從20世紀(jì)70年代起,遙感不僅作為獲取區(qū)域信息的手段,而且開始作為一門獨(dú)立的學(xué)科提出了一些估算區(qū)域蒸散發(fā)的方法。本文對(duì)估算區(qū)域蒸散發(fā)的方法進(jìn)行綜述,將其分為兩大類,一類是以水文學(xué)和氣象學(xué)為主,一類是以遙感技術(shù)為主。在以水文學(xué)和氣象學(xué)為基礎(chǔ)的方法中,主要有水量平衡原理、互補(bǔ)相關(guān)理論、SPAC理論、參考作物騰發(fā)量思想等方法;在以遙感技術(shù)為基礎(chǔ)的方法中,主要有統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)法、能量余項(xiàng)法、數(shù)值模型、全遙感信息模型等方法。這些方法有的通過(guò)物質(zhì)能量守恒規(guī)律估算蒸散發(fā),有的通過(guò)尋找和建立蒸散發(fā)和其他主要影響因素的聯(lián)系估算蒸散發(fā),有的通過(guò)模擬蒸散發(fā)的機(jī)理過(guò)程估算蒸散發(fā)。這些方法從不同角度闡述了蒸散發(fā)過(guò)程的一些規(guī)律和特征,但對(duì)其本質(zhì)仍缺乏深刻和全面的認(rèn)識(shí),因此分析總結(jié)這些研究方法對(duì)尋求新的途徑和新的方法具有重要的意義。1區(qū)域蒸發(fā)機(jī)化的估計(jì)方法1.1水的文學(xué)氣象法1.1.1年降水量的測(cè)量水量平衡原理的基本思想是先明確均衡體及各水均衡要素,然后測(cè)定或估算各計(jì)算時(shí)段內(nèi)除蒸散發(fā)外的其他水均衡要素,最后求出水均衡余項(xiàng)蒸散發(fā)(見公式1),也稱水均衡法。ET·Δt·A=P·A+I-R-D-ΔS(1)式中ET——蒸散發(fā),m·d-1;P——降水,m;I——區(qū)域外調(diào)水,包括引水灌溉,m3;R——流出區(qū)域的地表地下徑流,m3;D——深層滲漏,m3;ΔS——土壤貯水變化量,m3;Δt——時(shí)段長(zhǎng)度,d;A——區(qū)域面積,m2。水量平衡法的應(yīng)用,可小至幾平方米,大至幾十平方千米,且不受大氣運(yùn)動(dòng)的影響,因此具有廣泛的應(yīng)用性。但由于區(qū)域內(nèi)的水均衡要素在有降雨或調(diào)水期間及之后一段時(shí)間處于非穩(wěn)態(tài),難以精準(zhǔn)測(cè)量,因而很難估算區(qū)域蒸散發(fā)的短期(如:日、小時(shí))動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,故時(shí)間尺度一般要一周或一周以上,同時(shí),時(shí)間尺度會(huì)隨著區(qū)域尺度的增加而增加,常以月、灌期(幾個(gè)月)、年為尺度。當(dāng)土地利用和土壤特性空間變異較大時(shí),需要更多的測(cè)點(diǎn)布置,才能保證蒸散發(fā)的估算精度。而且由于很難精確測(cè)量水均衡方程中除蒸散發(fā)外的其他要素,因而不得不簡(jiǎn)化求解,這使得水均衡各項(xiàng)的估算誤差以及測(cè)量手段的誤差都集中到余項(xiàng)蒸散發(fā)上,影響了估算精度。1.1.2互補(bǔ)相關(guān)模型互補(bǔ)相關(guān)理論最早由Bouchet提出。他認(rèn)為,當(dāng)區(qū)域全部為濕潤(rùn)時(shí),實(shí)際蒸散發(fā)ET和可能蒸散發(fā)ETP均等于濕潤(rùn)條件下的陸面蒸散發(fā)量ETW(即ET=ETP=ETW),當(dāng)實(shí)際蒸散發(fā)ET少于ETW時(shí),可能蒸散發(fā)ETP就有相應(yīng)的增加,而且還認(rèn)為增加量等于減少量,因?yàn)閷?shí)際蒸散發(fā)ET降低時(shí)會(huì)釋放一些能量q,它影響地面上的空氣狀態(tài),主要在空氣溫度、濕度和湍流特征方面,這些狀態(tài)的改變導(dǎo)致可能蒸散發(fā)ETP有等量的增加。如果釋放的能量q不能改變可利用能量(即凈輻射Rn與地面熱通量G之差)且沒(méi)有其他能量余項(xiàng)時(shí),將有兩個(gè)關(guān)系ET-ETW=-q,ETP-ETW=q;兩式合并后即得互補(bǔ)關(guān)系(見公式2)。Morton用大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了局地蒸發(fā)潛力與實(shí)際蒸散發(fā)之間的互補(bǔ)關(guān)系確實(shí)存在。ET+ETP=2ETW(2)式中ET——實(shí)際蒸散發(fā)量,mm;ETP—可能蒸散發(fā)量,mm;ETW——濕潤(rùn)條件下的陸面蒸散發(fā)量,mm?；パa(bǔ)相關(guān)方法在計(jì)算實(shí)際蒸散發(fā)量ET時(shí),由于推求ETW和ETP的思想不同,形成了不同的模型,如Morton提出的CRAE(ComplementaryRelationshipAreaEvapotranspiration)模型、Brutsaert等提出的AA(Advection-Aridity)模型、Granger提出的Granger模型。一些學(xué)者如Hobbins、劉紹民、Xu將上面3種有代表性的互補(bǔ)相關(guān)模型進(jìn)行了精度比較和地域的適用分析,認(rèn)為CRAE模型的結(jié)果比另兩種模型相對(duì)要好,三個(gè)模型在溫帶濕潤(rùn)地區(qū)應(yīng)用較好,而在半干旱和干旱地區(qū)不太理想。互補(bǔ)相關(guān)模型的最大特點(diǎn)是簡(jiǎn)化蒸散機(jī)理,只需要常規(guī)氣象觀測(cè)資料就可計(jì)算旬、月、年的陸面蒸發(fā)量。不足是忽略了大尺度天氣系統(tǒng)和忽略平流的影響,對(duì)短歷時(shí)的氣象要素隨機(jī)變化的反映不太靈敏,模型中各項(xiàng)的公式和公式中的一些重要參數(shù)需要結(jié)合流域的特點(diǎn),利用實(shí)際資料進(jìn)行優(yōu)選推求。此外,模型在半干旱和干旱地區(qū)(土壤含水量是蒸散發(fā)主要影響因素)應(yīng)用結(jié)果不太理想,而在溫帶濕潤(rùn)和亞熱帶濕潤(rùn)地區(qū)(大氣是蒸散發(fā)主要影響因素)應(yīng)用結(jié)果則較理想。1.1.3關(guān)于水的能量指標(biāo)Philip在總結(jié)和分析前人成果的基礎(chǔ)上,提出了比較完整的“土壤-植物-大氣連續(xù)體”(Soil-Plant-AtmosphereContinuum,SPAC)的概念。Philip認(rèn)為,SPAC系統(tǒng)盡管界面介質(zhì)不同、界面不一,但在物理上卻是一個(gè)統(tǒng)一的連續(xù)體,水在該系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)的各種流過(guò)程,就象鏈一樣互相銜接,而且完全可以應(yīng)用統(tǒng)一的能量指標(biāo)——水勢(shì),來(lái)定量地研究整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的能量水平的變化,并計(jì)算出水分運(yùn)動(dòng)的能量。SPAC理論的意義在于從理論上提出了水在土壤-植物-大氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)化運(yùn)移的一般規(guī)律。由于SPAC系統(tǒng)側(cè)重于水分和能量垂直傳輸?shù)难芯俊Ｒ虼?它的研究比較適合于水分以垂直傳輸為主的干旱區(qū)域或者小尺度范圍(如田間尺度),這也是它在內(nèi)陸盆地沙漠區(qū)域和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多的緣故[13,14,15,16,17,18]。在干旱區(qū)內(nèi)陸盆地內(nèi),由于降水極少,淺埋深的地下水通過(guò)毛細(xì)上升作用為包氣帶補(bǔ)給水分,從而保證植物生長(zhǎng)所需的水分,因此,完整描述水在環(huán)境中的運(yùn)動(dòng),還需要考慮“四水”的垂直循環(huán)研究。此外,在SPAC系統(tǒng)中,由于植物受太陽(yáng)輻射、大氣溫度、大氣中CO2濃度、土壤水和土壤中的養(yǎng)分等諸多因素的影響,使得精確描述SPAC系統(tǒng)水分的傳輸非常困難,而且SPAC系統(tǒng)中的植物沒(méi)有作為一個(gè)實(shí)體進(jìn)行研究。1.1.4分布式流域水文模型在估算農(nóng)作物蒸散發(fā)量ET的研究中,一些方法以參考作物騰發(fā)量ET0為基礎(chǔ)。其中,比較簡(jiǎn)單實(shí)用的方法是作物系數(shù)法,它通過(guò)參考作物騰發(fā)量直接乘以相關(guān)的影響因子或系數(shù)估算出作物騰發(fā)量。在傳統(tǒng)地面試驗(yàn)方法中,影響因子包括土壤水分因子Ks和作物系數(shù)Kc,可由實(shí)際土壤水分狀況和作物生長(zhǎng)狀況確定。在更大的尺度(如全球尺度)上,則以遙感為手段通過(guò)與歸一化植被指數(shù)(normalizeddifferencevegetationindex,NDVI)或日表面溫度差(diurnalsurfacetempraturevariation,DSTV)等因素建立聯(lián)系獲取影響因子或系數(shù)。作物系數(shù)法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)便,僅需要一些常規(guī)氣象要素估算參考作物騰發(fā)量,然后由地面常規(guī)試驗(yàn)或者遙感手段獲取影響因子。不足是由試驗(yàn)確定的影響因子,具有地域氣候和作物種類的局限性,不適用于土地利用復(fù)雜的區(qū)域。由遙感手段獲取影響因子時(shí),因方法原理本身的局限而不能普遍適用。為了使估算蒸散發(fā)的方法具有普遍性,以作物生長(zhǎng)機(jī)理為基礎(chǔ)的作物生長(zhǎng)模型于20世紀(jì)60年代被提出,目前各國(guó)學(xué)者根據(jù)研究問(wèn)題的需要開發(fā)了不同模型。其基本思想是,先計(jì)算潛在蒸散發(fā),再基于葉面積指數(shù)(LeafAreaIndex,LAI)劃分植被和裸地之間的引入能量,然后計(jì)算潛在蒸騰和潛在蒸發(fā)。最后,土壤表面的實(shí)際水分損失率取決于上層土壤部分的含水量,土壤根系剖面的含水量影響作物實(shí)際蒸騰。盡管作物模型的研究趨勢(shì)是基于過(guò)程的動(dòng)態(tài)機(jī)理模型,但是,現(xiàn)有作物模型的研究仍存在幾點(diǎn)不足:作物生長(zhǎng)或環(huán)境動(dòng)態(tài)的某些過(guò)程(如LAI的發(fā)展動(dòng)態(tài)、葉片衰老過(guò)程、干物質(zhì)分配等)仍然是基于經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,對(duì)與實(shí)際生產(chǎn)密切相關(guān)的病蟲害影響因素和經(jīng)濟(jì)人文因素的研究不足。此外,目前作物模型主要是單點(diǎn)(plot/field-specific)模型,還不完全適用于大尺度模擬。對(duì)于流域尺度的蒸散發(fā)模擬,分布式流域水文模型結(jié)合遙感和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)手段,模擬水循環(huán)的各要素過(guò)程,同時(shí)模擬出流域蒸散發(fā)量。在流域水文模型中,先計(jì)算潛在蒸散發(fā),然后考慮土壤水分、植被葉面截雨、根系吸水等因素估算確定流域蒸散發(fā)量。由于在降雨徑流過(guò)程中,蒸散發(fā)不是影響徑流量的決定因素,故水文模型對(duì)其估算的精度要求不高。因此,在估算區(qū)域蒸散發(fā)的研究中,水文模型應(yīng)用較少。1.2遙感技術(shù)的作用能量平衡原理是遙感技術(shù)應(yīng)用的重要理論基礎(chǔ)。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,利用遙感技術(shù)估算蒸散發(fā)已成為研究的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。遙感技術(shù)不能直接測(cè)量蒸散發(fā),但比起傳統(tǒng)的氣象學(xué)和水文學(xué)方法,遙感技術(shù)有兩方面重要作用:首先,遙感技術(shù)提供了外推站點(diǎn)測(cè)量或?qū)⒔?jīng)驗(yàn)公式應(yīng)用到更大區(qū)域的方法,包括氣象資料極其稀少的地區(qū);其次,遙感資料可以用于計(jì)算能量和水分平衡中的變量,如溫度等。因此,利用遙感方法計(jì)算區(qū)域尺度上的日蒸散發(fā)量能得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。遙感方法大體可分為4類:統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)法、能量余項(xiàng)法、數(shù)值模型、全遙感信息模型。1.2.1地表輻射溫度與ndvi指數(shù)的散點(diǎn)圖關(guān)系統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方法把站點(diǎn)通量觀測(cè)與遙感觀測(cè)相結(jié)合,利用已有觀測(cè)擬合熱通量與遙感參量(一般是地表溫度和植被指數(shù))的關(guān)系,然后計(jì)算區(qū)域上的潛熱通量。其中,以Jackson等人的簡(jiǎn)化法為代表。他首先提出通過(guò)遙感地表輻射溫度的測(cè)量來(lái)計(jì)算日蒸散量,其表達(dá)式為Rn24-LE24=B×(T013:00-Ta13:00)n(3)式中Rn24,LE24——分別是24h時(shí)間段的總凈輻射和潛熱通量,W·m-2;T013:00,Ta13:00——分別是當(dāng)?shù)貢r(shí)間13∶00的地表輻射溫度和50m高處的氣溫,℃;B,n——由NDVI的函數(shù)(用比例指標(biāo)N*表示)給定的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)確定。N*和Ta13:00由T013:00和NDVI的散點(diǎn)圖關(guān)系得到。簡(jiǎn)化方法中的參數(shù)B和n隨風(fēng)速和地表粗糙度變化,但其敏感性更多地依賴于植被覆蓋。從1989年開始許多研究者側(cè)重研究地表輻射溫度與植被指數(shù)(如NDVI)的相關(guān)關(guān)系,認(rèn)為這種關(guān)系指示了植被的蒸騰作用。這種方法沒(méi)有考慮土壤熱通量,有云時(shí)的蒸散量是根據(jù)連續(xù)的晴空蒸散量推算的。1.2.2不同潛熱通量的殘余能量余項(xiàng)法的基本思想是,在不考慮平流作用和生物體內(nèi)需水情況下,將潛熱通量作為能量平衡方程的余項(xiàng)進(jìn)行估算。根據(jù)分層的不同,本文將能量余項(xiàng)法分為一層模型和二層模型(包含多層模型)。1ms-1尚表1的結(jié)構(gòu)1973年Brown和Rosenberg根據(jù)能量平衡原理和作物阻抗原理建立了作物阻抗-蒸散發(fā)模型,成為熱紅外遙感溫度應(yīng)用于作物蒸散發(fā)模型的理論基礎(chǔ)。在土壤-植被-大氣系統(tǒng)中,為了簡(jiǎn)化能量和物質(zhì)的交換計(jì)算,把能量界面當(dāng)作一個(gè)大葉,對(duì)土壤和植被不作區(qū)分,這就是一層熱量平衡模型。其估算潛熱的熱量平衡方程為λ·ET=(Rn-G0)-H(4)式中λ·ET——湍流潛熱通量,W·m-2;Rn——凈輻射通量,W·m-2;G0——土壤熱通量,W·m-2;H——湍流顯(感)熱通量,W·m-2。H=ρ?CpTaero?Tair,zrraa(5)Η=ρ?CpΤaero-Τair,zrraa(5)式中ρ——空氣密度,kg·m-3;Cp——空氣定壓比熱,J·kg-1·℃-1;Taero——蒸散發(fā)表面的動(dòng)力學(xué)溫度,℃;Tair,zr——在參考高度zr處的氣溫,℃;raa——空氣(參考高度zr處)與蒸散發(fā)表面顯熱交換時(shí)的阻抗,即空氣動(dòng)力學(xué)阻抗,可用風(fēng)速廓線理論計(jì)算,m·s-1。求解一層模型的困難是蒸散發(fā)表面的動(dòng)力學(xué)溫度Taero不能用遙感技術(shù)直接測(cè)量。為求解潛熱通量,有兩種常見的求解思路,第一種思路是通過(guò)用地表溫度Ts代替,并引入一校正項(xiàng)。有兩種常用方法導(dǎo)出此校正項(xiàng):1)在空氣動(dòng)力學(xué)阻抗中加一項(xiàng)“剩余阻抗”,此“剩余阻抗”是調(diào)整觀測(cè)角度、風(fēng)速等對(duì)輻射溫度影響的經(jīng)驗(yàn)值;2)直接調(diào)整輻射溫度和空氣動(dòng)力學(xué)溫度的溫差。第二種思路是Bastiaanssen提出的一種陸地表面能量平衡算法(SurfaceEnergyBalanceAlgorithmforland,SEBAL)。該方法基于陸面能量平衡方程,除仔細(xì)計(jì)算(Rn-G0)的分布外,還采用循環(huán)遞歸方法計(jì)算感熱通量H的分布,進(jìn)而用能量余項(xiàng)法求得區(qū)域的蒸散發(fā)。SEBAL法是當(dāng)前國(guó)際上有關(guān)遙感監(jiān)測(cè)ET方法中較好的一種。由于一層模型只能在地面完全覆蓋、低矮植被條件下才能適用,且很難將植物蒸騰和土壤蒸發(fā)分開計(jì)算。而且,一層模型的“表面阻抗”相當(dāng)于SPAC系統(tǒng)中各部分阻抗的綜合描述和概化,很難用明確的機(jī)理性的公式描述其與系統(tǒng)諸多因子間的關(guān)系。因此,提出了二層模型。2雙層模型的基本思想Shuttleworth和Wallce于1985年提出二層模型,即所謂的Shuttleworth-Wallce(S-W)模式。二層模型可以分別計(jì)算植被及其下層土壤的潛熱和顯熱通量,將一層模型中的表面阻抗分解為冠層阻抗和土壤表面阻抗兩部分,分離了作物蒸騰和土壤蒸發(fā),并用遙感表面溫度計(jì)算土壤和植被溫度,解釋了空氣動(dòng)力學(xué)溫度和表面輻射溫度之間的差別。此后,許多研究者對(duì)二層模型進(jìn)行了深入的研究,并根據(jù)各自的研究目的對(duì)S-W模式進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?。另外也有學(xué)者基于一層或二層模型的理論思想,提出了多層模型,即將冠層-土壤看作若干層。然而由于這類模型的參數(shù)很復(fù)雜,故雖有完善的理論思想,但不便于推廣利用。在雙層模型中,有分層模型和分塊模型兩種?！胺謱幽Ｐ汀?即土壤層在冠層下,雙源互相重疊,雙源分為耦合和不耦合兩種模式。當(dāng)雙源有耦合關(guān)系時(shí),稱為系列模式(seriesmodel),如Shuttleworth-Wallace模型;當(dāng)雙源無(wú)耦合關(guān)系時(shí),稱為平行模式(parallelmodel),由Norman等(1995)提出?！胺謮K模型”,即土壤是裸露的,植被像補(bǔ)丁一樣綴在土壤表面,將不同的通量源像馬賽克或補(bǔ)丁并列放置,各源通量只有與空氣的垂直作用,而無(wú)相互作用,二者無(wú)耦合關(guān)系,稱為“補(bǔ)丁”模式(patchmodel)。在分層模型(耦合模式)中,總通量為組分通量的簡(jiǎn)單相加(見公式(6)),而在分塊模型(補(bǔ)丁模式)中,總通量必須寫為組分通量的面積權(quán)重之和(見公式(7))。Ft=Fc+Fs(6)Ft=αFc+(1+α)·Fs(7)式中Fc,Fs,Ft——分別表示冠層,土壤和總量的感熱或潛熱通量,W·m-2;α——植被覆蓋率(無(wú)量綱)。1.2.3土-植物-大氣交換模型數(shù)值模型是在考慮了土壤-植被-大氣間能量傳輸物理特性的基礎(chǔ)上,模擬能量通量連續(xù)變化過(guò)程的模型。數(shù)值模型研究中,陸面過(guò)程研究已成為當(dāng)前地球科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)前沿課題。陸面過(guò)程是指發(fā)生在地表控制地氣之間水分、熱量和動(dòng)量交換的作用過(guò)程,包括地面上的熱力過(guò)程、水文過(guò)程和生物過(guò)程,地氣間的能量和物質(zhì)交換以及地面以下土壤中的熱傳導(dǎo)和水熱輸送過(guò)程等。陸面過(guò)程模型,從最初的“水桶”模型(Manabe,1969),經(jīng)第二代(1978～1996)的SVATS(Soil-Vegetation-Atmosphere-TranspirationScheme,土壤-植物-大氣交換方案),發(fā)展到第三代(1996-至今)考慮植物生化過(guò)程的新SVATS。SVATS將研究著重點(diǎn)放在“土壤-植物-大氣”的水熱通量交換上,其優(yōu)點(diǎn)在于它詳盡地描述了土壤和植被冠層的各種過(guò)程,而不是僅僅給出蒸散量和凈初級(jí)生產(chǎn)力等變量的最終結(jié)果。SVATS的研究方法和成果對(duì)蒸發(fā)蒸騰計(jì)算,尤其是植物耗水過(guò)程與生態(tài)需水研究具有重要的參考價(jià)值。但是,它需要與遙感數(shù)據(jù)結(jié)合使用,和大量的地表特征參數(shù)(葉面積指數(shù)、植被高度、土壤和植被的光學(xué)特性、植被的生理學(xué)特性,如氣孔傳導(dǎo)率及水分從土壤到植被的傳輸過(guò)程等、土壤的熱力與水利特性以及大氣條件),其中某些參數(shù)很難從日常的遙感手段獲取,這限制其在遙感領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。1.2.4遙感方法在各領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展遙感信息反演地表蒸發(fā)量,一般需要參考高度的氣溫和風(fēng)速等非遙感參數(shù),但這些參數(shù)難以通過(guò)遙感手段獲取,往往是依據(jù)氣象站和生態(tài)站的觀測(cè)值進(jìn)行內(nèi)插,從而限制了遙感方法在這一領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。因此,探討全遙感信息模型是非常有意義的。目前,這類模型的基本思想是通過(guò)遙感信息計(jì)算出像波文比或蒸發(fā)比這樣可以分割地表能量平衡中感熱和潛熱的比值,然后通過(guò)能量平衡方程估算潛熱通量。由于這類模型尚只能在特定的環(huán)境條件下(如在氣候干燥的地區(qū)或沙地,以及地表反照率和地表溫度有很大的變異性(濕/干,黑/亮)和圖像上的大氣條件不變等情況),才能實(shí)現(xiàn)用遙感信息推導(dǎo)波文比或蒸發(fā)比。因此,全遙感信息模型在原理上還有待進(jìn)一步改進(jìn)。2其他區(qū)域蒸散發(fā)估算方法的結(jié)果間接驗(yàn)證對(duì)于區(qū)域蒸散發(fā)估算方法的檢驗(yàn),一般有兩種途徑。一種是通過(guò)其他區(qū)域蒸散發(fā)估算方法的結(jié)果間接驗(yàn)證,另一種是通過(guò)地面精確的觀測(cè)計(jì)算直接驗(yàn)證。目前,地面精確觀測(cè)計(jì)算方法中比較有代表性的是蒸滲儀法、波文比儀法、渦度相關(guān)法和閃爍通量?jī)x法等。2.1蒸沖儀測(cè)定蒸滲儀(Lysimeter)是一種設(shè)在田間(反映田間的自然環(huán)境)或有控制降雨設(shè)施的試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)(人工模擬自然環(huán)境)裝滿土壤的大型儀器,通過(guò)蒸滲儀內(nèi)布設(shè)的觀測(cè)儀器測(cè)定或計(jì)算出蒸滲儀內(nèi)的蒸散發(fā)量。蒸滲儀可分為非稱重式和稱重式。目前,稱重式蒸滲儀測(cè)定精度較高,最高可達(dá)0.01～0.02mm,而且通過(guò)建造大尺寸蒸滲儀以減小尺寸影響與邊界效應(yīng),蒸滲儀內(nèi)增加多種現(xiàn)代化測(cè)量設(shè)備,蒸滲儀與數(shù)據(jù)處理儀器結(jié)合使用(如使用各種傳感器、電子設(shè)備、計(jì)算機(jī))等措施,使其測(cè)量更加精確,應(yīng)用更加廣泛。它已成為研究農(nóng)田蒸散發(fā)的重要實(shí)驗(yàn)儀器。2.2波文比測(cè)量精度1926年Bowen提出了波文比的概念,波文比(β)就是地表能量平衡方程中顯熱通量與潛熱通量之比。波文比能量平衡方法要求測(cè)量地面以上兩個(gè)高度之間的空氣溫差以及同樣高度間水汽壓差。測(cè)量波文比的干濕表裝置要求有較高的測(cè)溫精度。由于波文比方法簡(jiǎn)單,精度比較高,因而可作為常規(guī)觀測(cè)。但是,波文比觀測(cè)要求下墊面均勻并且無(wú)平流影響,否則數(shù)據(jù)誤差很大甚至不可用,這也就限制了波文比法的使用范圍。2.3渦流通量測(cè)量的方法大有可為渦度相關(guān)方法首次由Swiabank在1951年提出,1961年Dyer做了第一臺(tái)渦動(dòng)通量?jī)x。后來(lái)經(jīng)過(guò)了一系列的改進(jìn),形成了今天的渦度相關(guān)儀。渦度相關(guān)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是能通過(guò)測(cè)量各種屬性的湍流脈動(dòng)值來(lái)直接測(cè)量它們通量,不受平流條件限制,是各種方法中較精密而可靠的方法。在多數(shù)研究中,都是將渦度相關(guān)技術(shù)作為一種標(biāo)準(zhǔn)值,將其他的方法與它進(jìn)行比較。但這種方法需要比較靈敏的儀器系數(shù)和較大量的數(shù)字處理,而且它只是一種技術(shù),并不涉及到通量輸送過(guò)程的主要物理和生理因素。此外,渦度相關(guān)儀測(cè)量的是局地值,要獲得面元上的觀測(cè)值需要建立觀測(cè)網(wǎng)。2.4罪犯多態(tài)性成像的研究閃爍通量?jī)x由華人王庭義1978年提出設(shè)想,后由美國(guó)NOAA(國(guó)家海洋大氣署)波傳播實(shí)驗(yàn)室制成儀器。閃爍通量?jī)x有很多種,但它們的原理基本相同,只是在孔徑或電磁波波長(zhǎng)上有所區(qū)別。閃爍通量?jī)x的組成:一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接受器,兩者之間有一定路徑,由發(fā)射器發(fā)射輻射電磁波,由接受器接受。與渦度相關(guān)儀不同的是:渦度相關(guān)儀是直接測(cè)量,而閃爍通量?jī)x是建立在莫寧奧布赫夫的半經(jīng)驗(yàn)相似理論基礎(chǔ)上。因而它受到兩方面的制約:“飽和”效應(yīng)與“內(nèi)尺度”效應(yīng)。目前,許多研究文獻(xiàn)表明:閃爍通量?jī)x在遙感影像像元尺度通量信息提取的驗(yàn)證,在有平流或非均勻下墊面情況下,及大面積的區(qū)域通量的研究中都是可靠和成功的。而且,閃爍通量?jī)x是唯一能直接測(cè)量面元大小的顯熱通量?jī)x器。3