黑河中游非均匀地表能量通量的卫星遥感参数化

黑河中游非均匀地能量通量的卫星遥感参数化 ) (文章编号 :10002694X 20040420392208 黑河中游非均匀地表能量通量的 卫星遥感参数化 马耀明, 马伟强, 李茂善, 孙方林, 王介民 ( )中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点 , 甘肃 兰州 730000 ( ) 摘 要 : 对黑河中游非均匀地表区域地表能量通量和蒸发 或蒸散的研究是一个十分重要但又是一个难点问题 。 文中提出了 2 个基于卫星遥感和地面观测的参数化 , 并把其用于黑河中游地区 。同时利用 2 个景的陆地资源 卫星 La nds at TM 资料进行了分析研究 , 得到了一些有关非均匀地表的沙漠化地区的区域地表特征参数 、植被参数 和地表能量通量的新概念 。文章最后还讨论了所提出的参数化方案的适用范围和所需的改进之处 。 关键词 : 非均匀地表 ; 地表能量通量 ; La nds at TM ; 地面观测 ; 黑河中游 中图分类号 : P407 文献标识码 : A 气候变化及其预测研究是近 20 a 来国内外共, 同时设有系留探空观流观测点和一个边界层塔站 同关注的重大课题 。一般认为 , 对陆气相互作用理 测 。A ECM P’95 主要目的是为了研究绿洲与沙漠的 解不够深入是影响气候模式预报效果的主要原因之 相互作用 。 一 。因此自 20 世纪 80 年代以来在世界气候研究计有关这两个试验区的地表能量和水循环的研究 [ 1,4 \ 〗( ) ( ) 划 WCR P 和国际地圈 生物圈 IGB P 的协调已经得到了一些非常 有 意 义 的 结 果, 但 是 这 ( ) ,以全球大气环流模式 GCM 网 格 为 基 本 尺 度 ,些结果都只是处于“点”或局地的水平上 。要想达到 下 真正理解这 2 个地区十分复杂地表状况的地气相互 在全世界的不同地区进行了一系列大型的陆面过程 试 作用的实质 , 研究仅仅停留在“点”上或局地尺度的 验 , 着重研究这一尺度上的地表与大气之间能量 、 水分和 CO等交换过程 。其中在我国进行的一项大 水平上是不够的 , 而必须把这些结果推广到整个区 2[ 5,8 ] 型陆面过程试验就是“黑河地区地气相互作用野外 域上。卫星遥感是研究区域地表能量和水循环 ( 的有效方法之一 。本文的目的就是利用陆地资源卫 观测试验研究”国家自然科学基金委员会和中国科 ) 星 L a n ds at25 TM 资料和地面观测相结合的手段 , 把 学院重大项目 , 简称“黑河试验”, HEI F E及其补充 () “点”上或局地的地表热通量研究结果扩展到整个试 试验“95 年旱区环境加强检测计划”A ECM P’95。 ( ) 验区 , 以期对干旱区和半干旱区的陆面过程研究有 如图 1 见图版 ?所示 : ?“黑河试验”区设在 所贡献 。 我国甘肃省河西走廊黑河流域中段一个 70 k m ×90 k m 的区域内 。在包 括 沙 漠 、戈 壁 和 绿 洲 等 不 同 的 1 卫星遥感资料和地面观测资料 ( 下垫面上 , 设置了 5 个包括大气 边界层塔站及辐射 La nds at25 TM 包含 7 个波段的信息 , 其可见光波 ) ( 观测系统、植被和土壤的多学科综合观测站 B asic () () 段 波段 1 ,2 和 3及近红外波段 波段 4 , 5 和 7的地 ) ( mic r o met e or ol ogic al s t ati o n 、5 个 自 动 气 象 站 Au2 () 面分辨率为 2815 m ×2815 m , 热红外波段 波段 6的 ) t o matic w e at he r s t ati o n 以及 4 个 地 下 水 位 观 测 站 地面分辨率为 120 m ×120 m 。研究中我们选取 1991 ( ) Gr o u n dw at e r le vel s t ati o n 。同时收集观测试验期 年 7 月 9 日和 1995 年 8 月 21 日的 La nds at25 TM 资料 ( 间试验区内 3 个 常 规 气 象 站 Ro uti ne w e at he r s t a 2 分别代表“黑河试验”区和 A ECMP’95 试验区的个例 () 卫星过境时这两个试验区天气晴好。 ) ( ti o n和 3 个 常 规 水 文 站 Ro uti ne hydr ol ogic al s t a 2 ) ti o n的资料 ; ?A ECM P ’95 试验区设在“黑河试验”结合卫星遥感分析 , 这里选取的地面观测资料 区的边缘区 。在绿洲 、戈壁和沙漠里设置了 4 个湍 收稿日期 :2003207208 ; 改回日期 :2004203201 ( ) 基金项目 : 中国科学院“知识创新工程”方向性项目 KZCX32SW2329 和 KZCX32SW2339; 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所与日本三 ( ) 菱重工业公司合作研究课题以及日本“改革研究 2002”RR200226资助 () ( ) 作者简介 : 马耀明 1964 —, 男 汉族, 山西夏县人 , 研究员 , 博士生导师 , 主要从事大气边界层观测试验 、陆面过程和卫星遥感应用研究 。 E2mail : ymma @ns . lzb . ac . c n ( ( ) ( )( )包括地表辐射平衡各分量 向下的短波辐射 、反射辐[ 1 - Px , y] Px , y 2 v v ) 射 、向下的长波辐射和向上的长波辐射、地表温度 、 εε式中 :和分别为植被和裸土的比辐射率 , 而植被 vg [ 12 ]( 地表反射率 、风温湿廓线 由边界层塔 、声雷达 、无线 覆盖度 2 ) 电探空仪及系留气球等测得、由涡旋相关法测得的 ( ) NDV I x , y- NDV Imin( )()Px , y3 = v NDV I - NDV I % mi n湍流通量 、土壤热通量 、土壤温湿度廓线以及植被状 max \ 况等 。这里 , NDVI 和 NDVI 分别为一特定区域内的最 m a x mi n ( ) 大和最小标准差值植被指数 。等式 1中向下的短 2 参数化方案 ( ) ( ) 波辐射 K x , y和向下的长波辐射 L x , y 可 ??[ 13 ] 图 2 是利用 L a n ds at25 TM 资料结合地面观测推 由 MOD TRAN 模式得到。对 L a n ds at25 TM 资料 而言 , 为了克服利用经验关系的不足 , 我们引进了一 算区域 地 表 能 量 通 量 的 参 数 化 方 案 。此 方 案 分 2 [ 14 , 15 ] 种四流模式来做大气校正 , 从而得到了区域地 步 :第一步 , 由卫星遥感和地面观测资料 , 通过辐射 [ 9 ] [ 13 ] ( 传输 MOD TRAN 模式, 求得区域上的地表参数 地 ( ) ( )表反射率 r x , y 。区域地表温度 T x , y 0 sf c ) ( 表温度和地表反射率和植被参数 NDVI 、植被覆盖 ( μ) 可从 L a n ds at25 TM 第 6 波段 1012,1215m的谱 [ 10 ] ) 度 、调整土壤植被指数 MSAVI 和叶面指数 LAI ;λ辐射得到 。即波长 处通过当地大气 层 向 上 的 热 第二步 , 利用已求得的地表参数和植被参数推算出 辐射率可表示为 ( 区域上地表能量通量 净辐射通量 、土壤热通量 、感 dL λ( )x = L- B 4 λ λδd ) 热通量和潜热通量。 δθθ式中 :是大气光学厚度 , x = c os,是垂直方向与 辐射流之间的夹角 ; B是黑体辐射率 , 用 Pla nc k 函 λ 数表示为 2 2 hc ε()( )= 5 BT λ0 hc 5 λexp - 1 λ kT ε式中 : T 是放射源的绝对温度 ;是相对辐射率 ; h 0 是 Pla nc k 常数 ; c 是光速 ; k 为 B oltz ma n n 常数 。 () 等式 4的边界条件为 (δ) ( )δ δL, x= BT = λλ0 sfc 0() 6 ()δ L0 , x = 0= 0 λ图 2 La nds at TM 资料结合地面观测确定 ( ) 对等式 4积分即可得到向上的辐射率 地表热通量的参数化方案δ δ- 0Fig . 2 Pa ra met e rizati on p r oce dure of det e r mi ni ng s urf ace x (δ)( ) L, x = TLe + λλsfcδ δ δ- heat fl uxes t hr ough c ombi ni ng t he La nds at TM 00x δ ) δ( )(B[ T e d 7 λdat a wit h fiel d obs e rvati ons ? δ ( ) δ 式中 : LT是地表向上放射的长波辐射率 ;是 λsf c 2. 1 净辐射通量 δ在任意高度处的大气光学厚度 ;是整层大气的光 学厚度 。故卫星探头感应到的每个像元点上的辐射 区域净辐射通量可由以下方程求得 ( ) 率 L x , y, 则为两部分组成 : 地表放射辐射的贡 S ( ) (( ) ) ( ) ( )Rx , y= 1 - rx , y〃K x , y+ L x , y - n 0 ??献和大气辐射效应的贡献 , 简写为 4 ε( )ζ( )()x , yTx , y 1 0 sfc( ) η( ) ( )()L x , y= L x , y+ S x , y 8 S 0 ( ( ) ) 式中 : r x , y 是地表反射率 ; Tx , y 是地表温 0 sf c () 式中 : L x , y 是地表放射的热红外带辐射率 ; S 是 0 ε( ) ( ) ( ) 度 ;x , y是地表比辐射率 ; K x , y和 L x , y0 ??η由大气层发射 、大气层顶逸出带辐射率 ;是传输路 ε分别是向下的短波和长波辐射 。将由 Val2 0 ( x , y) η 径的平均 带 透 过 率 。 S 和可 以 由 辐 射 传 输 模 式[ 11 ] [ 13 \ 〗 or 和 Cas elles 的模式求得, 也就是说MOD TRAN 得到。因此 , 对一个给定的波长 地 [ 16 ] ε( ) ε( ) ( ) ε( ) x , y= x , yPx , y+ x , y〃0 v v g 表每个像元点上的亮温则可表示为。 B ( )( ) ε ( ) ( ( ) 9 [ 1 - Px , y] + 4 < > Tx , y= c/ ln c/ L x , y- 1 ] v 210 2. 3. 1 “混和高度假设”这里 c和 c是常数 。即地表温度可表示成 12 1 对 HEI F E 试 验 区 , 我 们 提 出 用“混 和 高 度 假 - B 4 )( ( ) ε( ) ( )10 Tx , y= x , yTx , y sfc 0 设”, 即 2 2. 2 土壤热通量 ) ρ( H x , y= Cku 〃 PB ( ) ( ) [ Tx , y- Tx , y] sfc a ( )ρ由于在土壤热通量定义式中 [ Gx , y = C 0 s s〃 ( )z- dx , y 0 B - 1 ( ( ) ( ) ) [ Tx , y - Tx , y / r x , y ] 土 壤 温 度 sf c s oil s h ( ) Ψ( ) + kB x , y- x , y] [ln h ( )Zx , y 0 m ( ) ( ) Tx , y和土壤热输送阻尼 r x , y 难以确定 ,s oil s h 1 ( ) 所以我们这里提出区域土壤热通量 Gx , y , 可由 ()0 16 ( )dx , yz - 0 [ 10 ] B ( ) 一种基于调整土壤植被指数 MSAVI 的算法得 ( ) Ψx , y] [ln - m( )x , y Z 0m 到 , 即 这里 z为混和高度 ; u为混和高度处的风速 。 z B B B ( )( ) ( ) ( ) = Rx , y〃[ Tx , y/ rx , y] 〃Gx , y 0 n sfc 0 和 u可以由试验或数值模拟得到 。本文中的 z和B B 2 ( ) u将由无线电探空 、系留探空和声雷达测得 。等式a 〃b?r+ c?r〃B 0 0 e () ( ) 16中的 Tx , y 为参考高度处的区域空气温度 a ()( ) 11 [ 1 + dMSAV I x , y] ( ) 分布 , 我们提出了一种内插模式来求 Tx , y , 也 a 这里常数 a 、b 、c 、d 、e 和日平均反射率 ?r 可由“黑 0 ( ) 就是说 , 参考高度处的区域空气温度分布 Tx , y a 河试验”和 A ECM P ’95 试验的野外观 测 得 到 , 即 对 可由区域地表温度分布和 9 个点的气温观测模拟得 “黑河试验”区 ( )[ 18 ] Tx , y sfc 到 , 即 ( ) ( )( Gx , y= Rx , y 0. 00025 + 0 n ( ) r x , y 0 ( )( ) ( ) ( )17 Tx , y= T x , y- D T x , y 2a sf c a ) 0 . 00436?r+ 0 . 00845?r〃 0 04 2. 3. 2 “分类法”( ) ( ) 12 [ 1 - 0. 979 MSAV I x , y] 对 A ECM P’95 试验区 对 A ECM P ’95 试 验 区 , 我 们 提 出 一 种“分 类 ( ) Tx , y sfc ( ) ( )( Gx , y= Rx , y 0. 00028 + 0 n 法”。也就是说 , 根据地表特性可把研究区域分成 n ( ) r x , y 0 2种 , 参考高度处不同地表上的各种参数可以测量或 ) 0 . 00424?r+ 0 . 00875?r〃 0 04 ( ) ( )0. 982 MSAV I x , y] [ 1 - 13 推算得到 , 即 u , uu ; T , T T ; d , 1 2 n a1 a2 a n 01 而 - 1 - 1 d, Z;ZZ, d; , kB , kB ( ) 2 rx , y + 1020 m1 0 m20 m n 0 n 1 24 ( ) MSAV I x , y= - - 1 2 ΨΨΨΨΨΨ。kB ; , 和 , h n m n h1 h2n m1 m22 ( ) ( )( ) [ 2 rx , y+ 1 ]- 8 [ rx , y - rx , y] 4 4 3 则不同下垫面上的感热通量就可以表示为 2 2 ( ) ρHx , y= Cku〃 1 P1 ()14 ( ) [ Tx , y - T] sfc a1 这里 r 和 r 分别为 TM 第 3 和第 4 波段的地表反射 34 z - d z - d 0101- 1 ΨΨ[ ln + kB - ] 〃[ ln- ] 1 h1 m1 率 。Z Z 1 0 m1 0m 2 ( ) ρHx , y= Cku〃 2 P2 2. 3 感热通量 ( ) [ Tx , y - T] sfc a2 -z z - dd0202- 1 ( ) 区域感热通量H x , y可由下式得到 Ψ Ψ ] 〃[ ln-[ ln + kB-] 2 h2 m2 ZZ 0 m20 m22 ( ) ρ( ) H x , y= Cku x , y〃 P 2 ( ) ρHx , y= Ck u〃 n Pn ( ) ( ) [ Tx , y- Tx , y] sfc a 〃 ( ) [ Tx , y - T] sfc an ( ) z - dx , y 0 - 1 (Ψ ( ) ) [ln + kB x , y - x , y ] h -z z - dd0 n0 n- 1 ( )Zx , y 0 m -Ψ Ψ [ ln + kB] 〃[ ln] - n hn m n ZZ 0 m n0 m n 1 ()18 ()15 ( )z - dx , y 0 进而整个实验区的感热通量则可加权平均成 : ( ) Ψ[ln - x , y ] m( )Zx , yn 0 m )( ( ) ( ) ( )19 H x , y= w iHx , yi ? 基于能量保守原理 , 要模拟得到大尺度的感热通量 , i = 1 ( ) 一个直接的方法就是把不同小尺度或不同点的结果 这里 w i 是各种下垫面的加权因子 。当然“混和 加权平均 。我们这里提出两种近似算法 , 即“混和高 高度假设”也可以用于 A ECM P ’95 试 验 区 , 具 体 过 [ 17 ] 程这里不再赘述 。 度假设”和“分类法”。 ) 2 个试验区的有效粗糙度确定出局地的动力学粗糙度 z,等观测得到的值Z, 既 包 括 山 0 m ( x , y) 0 m ( ) ( , 又包括低植被 例如矮草、高植物 例如体的影响 为此据湍流观测资料计算得到的 2 个试验区不同下 ) ( ) 小麦 、树 木 和 灌 木 的 贡 献 , 这 里 我 们 用 Ta yl or 模 垫面上的局地动力学粗糙度 表 1, 并考虑山体和 [ 19 ] ( 式来确定 。即首先由地面观测值 湍流观测 、边 其它植物的影响 , 即可得到 2 个试验区各自的有效 ( ( ) ) 界层塔站观测 、系留探空观测和无线电探空仪观测 粗 糙 度 Zx , y 。而 等 式 1 6 中 的 零 平 面 位 移0 m 表 1 不同下垫面上动力学粗糙度比较 The aerodyna mic roughness length derived from different land surfaces Ta b. 1 HEIFE 沙漠 和 AECMP’95 戈壁 绿洲 ’95 绿洲 HEIFE HEIFE AECMP地表特征 ( ) ( ) ( ( ) ) 细纱稀疏骆驼刺麦田,1. 0 m玉米地,1 . 8 m 2. 90 2. 90 2 . 90 4 . 90 观测高度/ m ( )( )( )有效粗糙度 z/ m 0. 002 63 ?0 . 000 30 0 . 002 74 ?000 30 ?0 . 020 0 0 . 302 0 m()0 . 168 0 . 030 0 20( ) 得到 ,即dx , y将由 Raupach 模式 程得到 ,即 0 ( )( )λ( )( )- H x , y E x , y = R x , y - Gx , y n 0 ( ) cLAI x , y]1 - exp [ - d ( ) dx , y 0 1 ()1 - = 20 ( )25 ( )h x , y ( )c LAI x , y d 1 这里 的 叶 面 指 数 LAI 由 李 建 龙 等 和 Ma 提 出 得 方 3 个例研究及验证 13 ,21法 得到 。即 ) (图 3 见图版 ?是“黑河试验”区和 AECMP’95 r - r 1 v( )21 LA I = ln ( 试验区的地表热通量分布 。图 4 为其频率分布 直 2 k r- r s v) 方图。图 5 中给出了 2 个试验区推算的结果与实 式中 : r 为地表反射率 ; r和 r分别是一特定区域内叶 s v测 结 果 的 比 较 。这 里 把 平 均 绝 对 百 分 比 误 差 面指数最小和最大时的地表反射率 ; k 为常数 。等式 - 1 - 1 () ( ) 16中的热输送附加阻尼 kB x , y , 则可由 kB ) ( ) ( 与实MA PD作为一种指标来确定推算值 H ( )推算 i [13 ,18 ] ( ( ) ( ) ) Ψx , y 与 Tx , y 关系得到。等式 16的 s h ( ) 测值 H误差 ,即 ( )实测 i n ( ) ( ) Ψx , y和 x , y 为稳定度修正函数 ,可由 Paulson m | H ( ) - H ( )| 100 推算 i测量 i ( )2223 MA PD = 26 ? 模式 和 Webb 模式得到 ,即对不稳定大气为 : n H ( )测量 i i = 1 2Ψ( )( ) ( ) x , y= 2ln 1 + X/ 2 ] + ln 1 + X/ 2 ] - m 由于在分布图上较难确定地面站的精确位置 ,所以 , ( ) π2arctan X+ 0. 5 2( 这里取分布图上地面站坐标 分布图中“ + ”符号位 Ψ( ( ) )x , y= 2ln 1 + X/ 2 ] h ) 置附近 5 ×5 个象元点 ,以矩形面上的平均值与地 ( ) 220. 25 ( ) ) ( 这里 X = { 1 - 16 [ z - dx , y / L x , y} 。对稳 0 面站实测值作比较 。结果显示 : ?推算得到的 2 个 定大气 : ( 试验区地表特征参数 地表温度 T和地表反射率 sfc ( ) z - dx , y 0 Ψ( ) Ψ( )) ( = - 5 x , y= x , yr、植被参数 NDVI 、校准后的土壤调整 植 被 指 数 m h 0( ) L x , y) MSAVI、 植被覆盖度 P和叶面指数 LAI 和地表热通 v () 23( ) L x , y 可由 Businger 的 ( 量 净辐射通量 R、土壤热通量 G、感热通量 H 和 n 0 ( ) 稳定度函数 [ z - dx , y/ 0 λ) 潜热通 量E与 试 验 区 的 地 表 状 况 十 分 吻 合 。在 24 方法得到。“黑河试验”区和 AECMP’95 试验区由于地表状况差 ( ) ( ) ( )[ z - dx , y/ L x , yRx , y = 0 i 异很大 ,所以这些通量的分布范围都很宽 ,且有两个 ( )不稳定 峰值点 ,一个对应 于 戈 壁 沙 漠 , 另 一 个 对 应 于 绿 洲 ( ) ( ) z - dx , y/ L x , y0 () ( ) ( )表 2 和表 3。但由于两个试验区绿洲的植被覆盖 = Rx , y/ 1 - 5 . 2 Rx , y i i ( )稳定 ( 不同 “黑河试验”区为小麦 ,AECMP’95 试验区为玉 ) ( 米从而绿洲上的一些参数和地表热通量 LAI 、地表 ()24 ) 温度 、净辐射通量及潜热通量等就存在差异 。 ?推 ( ) 这里 Rx , y为 Richardson 数 。 i 算得到 的 2 个 试 验 区 的 地 表 温 度 和 地 表 反 射 率 ( ) 与地面观测值较为接近 ,平均绝对误差 MA PD 都 2. 4 潜热通量 λ( ) 区域潜热通量分布 E x , y 可由能量平衡方 图 4 “黑河试验”区及 AECMP’95 试验区地表热通量频率分布 Fig. 4 Frequency distribution of land surface heat fluxes for the areas of HEIFE and AECMP’95 ( ) 10 % 。 ?推算得到的 AECMP’95 试 验 区 戈 壁小于 相当接近 MA PD 小于 10 %,且“黑河试验”区的结 16 ,25 沙漠上的净辐射通量与 HEIFE 试验区几乎相同 ,但 果好于原来的结果。 ?基于 MSAVI 的估算区 在绿洲上却低于 HEIFE 试验区 。这是由于两个实 域土壤热通量方法对干旱和半干旱地区非均匀下垫 验区戈壁沙漠上的地表温度几乎相同 , 但 AECMP’ 面是适用的 ,尽管推算得到的区域土壤热通量略高 16 ,( ) 95 绿洲上的地表温度 玉米地 ,株高 118 m却明显 于实测值 , 但已明显好 于 原 来 基 于 NDVI 的 结 果 。 ( ) 高于 HEIFE 试验区 小麦地 , 株高 110 m之故 。而 ? 推 算 得 到 的 “ 黑 河 试 验 ” 区 推算得到的 2 个试验区的区域净辐射通量与实测值和 AECMP’9 5 试 验 区 的 感 热 通 量 与 观 测 值 十 分 接 图 5 “黑河试验”区及 AECMP’95 试验区推算得到的地表热通量与实测值比较 Fig. 5 Validation of derived results against field measurements for surface heat fluxes over areas of HEIFE and AECMP’95 , together with 1 :1 line ( ) 纵坐标为推算值 ,横坐标为实测值 ( ( ) ) 近 MA PD 小 于 5 %, 这 是 由 于 我 们 对 Tx , y,, 但对 AECMP’95通量的方法适用于“黑河试验”区 a - 1 ( ) ( ) ( ) Zx , y, dx , y 和 kB x , y的改进的缘故 。 0 m 0 m 试验区而言 , 估算得到的潜热通量在 O1 点与实测 而原来在“黑河试验”区我们所用的参数化方案所得 ( 值非常接近 MA PD= 7132 %和 MA PD= 混和高度 分类法 [16 , 25 ] ( 到的 结 果仅 可 用 于 戈 壁 和 沙 漠 区 MA PD = ) 6176 %。而在其他几个点上 ,估算得到的潜热通量 ) 9137 %和 MA PD = 6121 %, 对 绿 洲 而 言 差 异 很 大却大于实测值 。其原因可能是潜热通量的估算是基 ( Linze : MA PD = 36176 % 和 Zhangye : MA PD =于能量平衡方程 , 但实际上在 AECMP’95 试验区能 ) 34140 %。 ?基于能量平衡方程而推算得到的潜热量是不平衡的 , 特别是在绿洲与沙漠的边缘地区 ; ) λ另一方面也可能是与地面测量潜热的精度有关 。潜热 通 量 E , 所 得 结 果 基 本 可 信 。与 原 来 结 16 ,25 表 2 “黑河试验”区地表特征参数 、植被参数及地表相 比 , 本 文 所 采 用 的 新 参 数 化 方 案 推 算 的果 () 能量通量分布的范围及峰值点 1991207209“黑河试验”区结果 ,对干旱区和半干旱区的非均匀 Ta b. 2 The distribution range and pea ks of land surface 下垫面更具实用性和准确性 。但在 AECMP’95 试验 varia bles , vegetation varia bles and land surface heat 区求取区域潜热通量的方法上尚有不足之处 ,需要 fluxes over the HEIFE area ( 9 July 1991) 在下一步工作中加以改进 。 分布 绿洲 戈壁沙漠 由于“黑河试验”区和 AECMP’95 试验区缺乏植 参数 ( ) ( ) 范围峰值点峰值点 被参数的观测 ,故而推算得到的植被参数不能得到 NDVI 0 . 10,0. 75 ,0. 66 ,0. 15 检验 ,这一点在以后的陆面过程试验中应该引起足0 . 08,0. 92 ,0. 80 ,0. 25 MSAVI 够的重视 。0 . 00,0. 95 ,0. 78 ,0. 20 Pv 0 . 04,0. 30 ,0. 12 ,0. 26 r 0致谢 :本研究的部分工作是在日本京都大学防灾研 0 . 0,5. 8 ,2. 8 ,0. 45 LAI 究所 、日本冈山大学和荷兰 Wageningen 大学完成的 。 5 . 0,55 . 0 ,16. 0 ,44. 0 T/ ? sfc290,750 ,650 ,380 作者非常感谢京都大学 Ishikawa H 副教授 、冈山大 - 2( ) R / W〃m n30,105 ,50 ,90 学 Tsukamoto O 教 授 、Wageningen 大 学 的 苏 中 波 博 - 2) ( G/ W〃m 00,300 ,90 ,230 - 2士 、Menenti M 教授 、Henk P 博士和 Gerbert R 博士对 )( H/ W〃m 0,700 ,500 ,100 本工作的全力支持 。文中所用 Landsat25 TM 资料由 - 2λ) ( E/ W〃m 中国科学院卫星地面站提供 。 表 3 AECMP’95 试验区地表特征参数 、植被参数及地 参考文献( References) : 表能量通量分布的范围及峰值点( 1995208221)1 Tsukamoto O , Wang J M , Mitsuta Y. A significant Evening peak of Ta b. 3 The distribution range and pea ks of land surface vapour pressure at an oasis in the semi - arid region J . J ournal of varia bles , vegetation varia bles and land surface heat fluxes () the Meteorological Society of J apan , 1992 ,70 6:1155 - 1159 . over the AECMP’95 area ( 21 August 1995) 2 Tsukamoto O , Sahashi K ,Wang J M. Heat budget and evapotranspiration 分布 绿洲 戈壁沙漠 at an oasis surface surrounded by desert J . J ournal of the Meteoro2 参数 ( ) ( ) 范围峰值点峰值点() logical Society of J apan , 1995 , 73 5: 925 - 935 . 3 Mitsuta Y , Tamagawa I , Sahashi K , et al . Estimation of annual evapora2 NDVI 0 . 01,0. 75 ,0. 65 ,0 . 015 tion from the Linze desert during HEIFE J . J ournal of the Meteoro2 0 . 00,0. 85 ,0. 80 ,0 . 025 MSAVI () logical Society of J apan , 1995 , 73 5: 967 - 974 . 0 . 00,1. 00 ,0. 78 ,0 . 020 P v4 Maitani T , Sahashi K , Ohtaki E , et al . Measurements of turbulent fluxes 0 . 04,0. 30 ,0. 12 ,0. 26 r 0and model simulation of micrometeorology in a wheat field at Zhangye 0 . 02,4. 50 ,3. 20 ,0. 15 LAI oasis J . J ournal of the Meteorological Society of J apan , 1995 , 73 23 . 0,45 . 0 ,26. 0 ,43. 0 () 5: 959 - 965 . T/ ? sfc250,560 ,530 ,360 - 2) ( R / W〃m ( ) 5 胡隐樵 , 高由禧 , 王介民 , 等. 黑河实验 HEIFE的一些研究结 n30,75 ,45 ,65 () - 2果J . 高原气象 , 1994 , 13 3: 225 - 236 . ) ( G/ W〃m 040,350 ,80 ,140 - 2吕世华 , 陈玉春. 绿洲和沙漠下垫面状态对大气边界层特征影 6 )( H/ W〃m 0,450 ,400 ,130 () 响的数值模拟J . 中国沙漠 , 1995 , 15 2: 116 - 123 . - 2λ( ) E/ W〃m 高艳红 , 吕世华. 不同绿洲分布对局地气候效应的数值模拟J .7 () 中国沙漠 , 2001 , 21 2: 108 - 115 . 吕世华. 山地绿洲边界层特征的数值模拟 J . 中国沙漠 , 2004 ,8 4 结束语 () 24 1: 41 - 46 . 本文利用卫星遥感与地面观测相结合的手段得 9 Berk A , Bernstein L S , Robertson D C. MODTRAN : A moderate resolu 2 tion model for LOTRAN 7 Z. 1989 , GL 2TR28920122 . 到了“黑河试验”区和 AECMP’95 试验区非均匀下 10 Qi J G , Chehbouni A , Huete A R , et al . A Modified Soil Adjusted ( 垫面上的区域地表特征参数 地表温度和地表反射 Vegetation Index J . Remote Sensing of Environment , 1994 , 48 :119 ) ( 率、植被参数 NDVI 、校准后的土壤调整植被指数 - 126 . ) MSAVI、 植被覆盖度 P和叶面指数 LAI 和地表热通 v 11 Valor E , Caselles V. Mapping land surface emissivity from NDVI : ap 2 ( 量 净辐射通量 R、土壤热通量 G、感热通量 H 和 plication to European , African , and South American areas J . Re2 n 0 图 1 “黑河试验”和 A ECMP’95 试验区的仪器设置及试验区的地表状况 Fig . 1 The ge ograp hic map a nd t he sit es layout duri ng HEI F E a nd A ECMP’95 ( ) 图中红色部分为绿洲 , 而其它部分则为戈壁和沙漠 图 3 “黑河试验”区及 A ECMP’95 试验区地表热通量分布 Fig . 3 Dis t ri buti on of la nd s urf ace heat fl uxes f or t he a reas of HEI F E a nd A ECMP’95