一种基于hj卫星的地表实际蒸散发动态监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于HJ卫星的地表实际蒸散发动态监测方法，该方法主要包括：1）对HJ星CCD数据与红外相机IRS数据进行预处理；2）建立针对HJ星地表反射率、地表反照率、地表比辐射率、地表温度等地表物理参数反演模型；3）结合气象数据，建立基于PT模型的地表蒸散发计算模型，求得潜热通量；4）基于正弦函数法假设日潜热通量呈正弦函数变化，通过蒸散发时间尺度扩展，对时间进行积分进而实现对地表蒸散发的估算。本发明综合利用HJ星CCD数据与IRS数据反演地表物理参数，结合气象数据及PM模型，能快速实现大范围地表实际蒸散发的动态监测与分析，可在水资源可持续管理、生态环境监测管理等方面得到广泛应用。
【专利说明】一种基于HJ卫星的地表实际蒸散发动态监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于环境与灾害监测预报小卫星(HJ卫星)的地表蒸散发动态监测方法，具体涉及一种综合利用国产HJ卫星CCD数据与红外相机(IRS)数据快速实现大范围地表蒸散发的监测方法，属于环境监测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]蒸散发(ET)既包括从地表和植物表面的水分蒸发，也包括通过植物表面和植物体内的水分蒸腾，降落到地球表面的降水有70%通过蒸发或蒸散作用回到大气中，在干旱区这个数字达到90%，可见蒸发和蒸散是水文循环的一个重要组成部分，同时由于水分变成气体需要吸收热量，因此蒸发和蒸散也是热量平衡的主要项。地表热量、水分收支状况在很大程度上决定着地理环境的组成和演变，清楚地认识蒸散发，对了解大范围内能量平衡和水分循环具有重要意义，使我们能更深入认识陆面过程，可以正确评估气候和人类活动对自然和农田生态系统的影响。
[0003]自从1802年Dalton提出计算蒸发的公式以来，随着观测技术的提高和对地一气辐射传输及大气边界层的的深化认识，不仅仅能通过各种蒸发器和蒸渗仪直接测定蒸发和蒸散，还出现了很多计算蒸发和蒸散的方法。水文学家和气象学家们建立了一系列从经验半经验模型到物理模型，计算蒸散的传统方法有两大类方法:水文学方法和气象学方法。这些方法大多以单个站点的资料为基础，在站点上有很高的精度，但在大面积区域上推广应用时，由于下垫面几何结构及物理性质的水平非均匀性，一般很难取得准确结果。
[0004]近20多年来，遥感技术的出现和发展为这个问题的解决带来了新的希望。多时相、多光谱及倾斜角度的遥感资料能够综合地反映出下垫面的几何结构和湿、热状况，特别是表面热红外温度与其它资料结合起来能够较客观地反映出近地层湍流热通量大小和下垫面干湿差异(即土壤含水量的水平非均匀状况)，使得遥感方法比常规的微气象方法精度高，尤其在区域蒸散计算方面具有明显的优越性。因而这些年来遥感方法已广泛应用于蒸散发研究。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对国产HJ卫星CCD与IRS数据，提出一种仅利用HJ卫星数据与少量气象数据的地表蒸散发反演方法，推动国产卫星在地表蒸散发反演以及干旱监测中的应用。
[0006]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0007]—种基于HJ卫星的地表实际蒸散发动态监测方法，综合利用HJ星CXD数据与IRS数据反演地表物理参数，结合气象数据及PM模型，实现地表实际蒸散发的动态监测与分析，具体包括以下步骤:
[0008]步骤1，对HJ星CXD数据与红外相机IRS数据进行预处理；
[0009]步骤2,建立针对HJ星的地表物理参数反演模型，反演地表物理参数包括地表反射率、地表反照率、地表比辐射率、地表温度；
[0010]步骤3，结合气象数据以及步骤2中反演的地表物理参数，建立基于PT模型的地表蒸散发计算模型，求得潜热通量；
[0011 ] 步骤4，基于正弦函数法假设日潜热通量呈正弦函数变化，通过蒸散发时间尺度扩展，对时间进行积分进而实现对地表实际蒸散发的估算。
[0012]进一步的，本发明的一种基于HJ卫星的地表实际蒸散发动态监测方法，步骤I中所述预处理包括数据的几何校正及由资源卫星应用中心提供的辐射定标参数进行辐射定标。
[0013]进一步的，本发明的一种基于HJ卫星的地表实际蒸散发动态监测方法，步骤2是采用浓密植被法进行气溶胶光学厚度反演以及基于6S模型建立查找表进行所述地表反射率的提取，在此基础上建立地表反照率的计算公式为:
[0014]Albedo=0.443 P J0.317 P 2+0.240 P 3
[0015]其中，Albedo为地表反照率，P i为CXD影像第i波段的地表反射率，i=l、2、3 ；
[0016]对地表温度的反演采用不需要大气水汽含量参数的单窗算法，公式为:
[0017]
【权利要求】
1.一种基于HJ卫星的地表实际蒸散发动态监测方法，其特征在于，综合利用HJ星CCD数据与IRS数据反演地表物理参数，结合气象数据及PM模型，实现地表实际蒸散发的动态监测与分析，具体包括以下步骤: 步骤1，对HJ星CXD数据与红外相机IRS数据进行预处理； 步骤2，建立针对HJ星的地表物理参数反演模型，反演地表物理参数包括地表反射率、地表反照率、地表比辐射率、地表温度； 步骤3，结合气象数据以及步骤2中反演的地表物理参数，建立基于PT模型的地表蒸散发计算模型，求得潜热通量； 步骤4，基于正弦函数法假设日潜热通量呈正弦函数变化，通过蒸散发时间尺度扩展，对时间进行积分进而实现对地表实际蒸散发的估算。
2.根据权利要求1所述的一种基于HJ卫星的地表实际蒸散发动态监测方法，其特征在于，所述步骤I中预处理包括数据的几何校正及由资源卫星应用中心提供的辐射定标参数进行辐射定标。
3.根据权利要求1所述的一种基于HJ卫星的地表实际蒸散发动态监测方法，其特征在于，所述步骤2是采用浓密植被法进行气溶胶光学厚度反演以及基于6S模型建立查找表进行地表反射率的提取，在此基础上建立地表反照率的计算公式为:
Albedo=0.443 P ^0.317 P 2+0.240 P 3 其中，Albedo为地表反照率，P i为CXD影像第i波段的地表反射率，i=l、2、3 ； 对地表温度的反演采用不需要大气水汽含量参数的单窗算法，公式为:
4.根据权利要求1所述的一种基于HJ卫星的地表实际蒸散发动态监测方法，其特征在于，所述步骤3中基于PT模型的地表蒸散发计算模型包括:
5.根据权利要求1所述的一种基于HJ卫星的地表实际蒸散发动态监测方法，其特征在于，所述步骤4中对时间进行积分进而实现对地表实际蒸散发的估算，具体公式为:
6.根据权利要求3所述的一种基于HJ卫星的地表实际蒸散发动态监测方法，其特征在于，所述有效中心波长λ为11.55 μ m，常数C为1.43876869 X 10_2mK。
【文档编号】G06F19/00GK103678884SQ201310596298
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】杨涛, 何祺胜, 王晓燕, 师鹏飞, 王超, 周旭东, 李振亚, 李晓莉, 段衍衍, 刘鹏 申请人:河海大学