不同土地覆被對(duì)區(qū)域蒸散的影響

劉文娟　安瑞平

摘要利用Landsat TM5遙感數(shù)據(jù)，用簡(jiǎn)化的遙感-能量平衡模型進(jìn)行區(qū)域?qū)嶋H蒸散量的估算。以美國(guó)俄克拉荷馬州為研究區(qū)域，探討了不同植被覆蓋對(duì)區(qū)域?qū)嶋H蒸散量的影響，對(duì)不同植被類(lèi)型的月蒸散量和年總蒸散量進(jìn)行分析。結(jié)果表明，無(wú)論月蒸散量還是年總蒸散量林地均大于草地，即林地對(duì)水分的消耗大于草地；而對(duì)于不同林分而言，年總蒸散量常綠林最高，落葉林次之，混交林最低；對(duì)不同城市綠地而言，俄克拉荷馬的草地和雪松月蒸散量動(dòng)態(tài)變化仍為單峰型曲線，7月份達(dá)到最大值，1月份最小；1～2月雪松和草地的蒸散量基本一樣，3～6月雪松和草地的蒸散量差異非常大，雪松明顯高于草地；年總蒸散量雪松明顯高于草地。

關(guān)鍵詞蒸散；遙感；土地覆被

中圖分類(lèi)號(hào)S127文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）36-13133-03

AbstractA SimpleSurfaceEnergyBalance ET algorithm was implemented to estimate ETa at a higher spatial resolution using Landsat 5 satellite images and determine the variation with regards to varying types of land cover. Comparing the monthly ET and annual ET among different land cover， the results showed that forests had higher average ETa than grass land all over the year. For different forest types， the annual ET was the highest for the evergreen forest， the medium for the deciduous forest， and the lowest for the mixed forest. The monthly ET of mixed forest was lower than the evergreen forest and deciduous forest except for January and December. From March to August， the ET of evergreen forest and deciduous forest were the same. In general， the water consumption of the mixed forest was the lowest. For different green land， grass and cedar had similar ET trends throughout the year， reaching the minimum in January and the maximum in July. Annual ET of Cedar was generally higher than grass land.

Key wordsEvapotranspiration； Remote sensing； Land cover

區(qū)域蒸散量的大小會(huì)影響土地利用土地覆被變化，同樣，土地利用土地覆蓋類(lèi)型又可以控制區(qū)域蒸散量的大小，兩者之間相互作用相互影響[1-2]。一個(gè)地區(qū)蒸散量的大小不僅受區(qū)域自然氣候條件、自然地理?xiàng)l件等因素影響，還與下墊面土地利用/覆被類(lèi)型、作物種類(lèi)、土壤含水量、植被覆蓋度、水體面積、地下水埋深等因素有關(guān)[3-4]。因此如何從土地覆蓋的角度來(lái)控制區(qū)域蒸散量的大小，即區(qū)域蒸散與土地利用土地覆蓋的關(guān)系，已經(jīng)成為全球變化的重要研究?jī)?nèi)容。分析不同土地利用覆被的實(shí)際蒸散量。研究結(jié)果有利于分析人類(lèi)活動(dòng)水量平衡的影響，為區(qū)域水資源管理提供依據(jù)。

筆者選取美國(guó)典型半干旱性氣候區(qū)的俄克拉荷馬州為研究區(qū)域，利用遙感資料、地面觀測(cè)資料及土地利用資料，分析不同土地覆被條件下的蒸散量變化，為全球變化背景下的區(qū)域水資源管理提供依據(jù)。另外，可以將這種方法應(yīng)用于我國(guó)尤其是對(duì)于黃土高原地區(qū)。

1數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于美國(guó)俄克拉荷馬州，地理坐標(biāo)為94.4°～103.0°W、33.6°～37.0° N。該區(qū)位于美國(guó)中南部，屬于半干旱性氣候，年降水量為870 mm，年平均氣溫為15.5 ℃，降水量自東向西遞減。該區(qū)是典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，很多水分通過(guò)蒸散發(fā)散失到到達(dá)大氣中。俄克拉何馬州的面積為181 089 km2，其中，陸地面積178 023 km2，水域面積3 173 km2。東緣為歐札克高原和沃希托山脈，西端為鍋柄區(qū)，北部和中部為面積廣闊的平原，南部為從德州延伸過(guò)來(lái)的墨西哥灣沿岸平原。該區(qū)平均海拔395 m。

1.2數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

研究所需要的數(shù)據(jù)主要包括：遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）提供，所選用的Landsat的影像為path 028 row 035，過(guò)境時(shí)間為16.55（GMT）掃描寬度為185 km。參考蒸散數(shù)據(jù)由俄克拉荷馬的Mesonet站點(diǎn)提供。

1.3研究方法

采用簡(jiǎn)化的地表能量平衡方程（Simplified Surface Energy Balance，SSEB）計(jì)算實(shí)際蒸散量。蒸散量估算用近地表溫差，通過(guò)選取研究區(qū)域“Cold”點(diǎn)和“Hot”點(diǎn)。“Cold”點(diǎn)是指影像中、水分供應(yīng)很足、植被覆蓋度很高蒸散量很大、且溫度很低的像元，該點(diǎn)的蒸散量與潛在蒸散量相等；“Hot”點(diǎn)是指位于非常干燥的沒(méi)有種植任何植被的閑置農(nóng)田的像元，該點(diǎn)被認(rèn)為蒸散量是零。其他像元的地表溫度將在熱點(diǎn)和冷點(diǎn)之間[5]。因此需要地表溫度（Land Surface Temperature，LST）和植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）和參考ET（reference ET）來(lái)計(jì)算實(shí)際蒸散量。

2結(jié)果與分析

森林植被對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)有著重要的調(diào)節(jié)作用。森林資源可分為常綠林和落葉林2個(gè)主要類(lèi)型。落葉林因冬季落葉，夏季綠葉，所以又被稱(chēng)圍“夏綠林”。

從圖1可以看出，研究區(qū)不同植被月蒸散量的動(dòng)態(tài)變化曲線為單峰型曲線，4～5月開(kāi)始進(jìn)入生長(zhǎng)季，ET逐漸升高；6～8月為植被的生長(zhǎng)旺盛期，ET達(dá)到最高值；9月份ET均逐漸下降；12～2月ET達(dá)到最低值。從圖1可以看出無(wú)論月蒸散量還是年總蒸散量林地均大于草地，即林地對(duì)水分的消耗大于草地；而對(duì)于不同林分而言，年總蒸散量常綠林最高，落葉林次之，混交林最低；混交林的月蒸散量除在1月和12月高于落葉林外，2～11月都明顯低于落葉林和常綠林，3～8月落葉林的蒸散量與常綠林相當(dāng)，甚至高于常綠林。總的來(lái)講，混交林的蒸散耗水量最少。據(jù)研究，接受的凈輻射量、生物量和氣孔導(dǎo)度是決定植被蒸騰作用強(qiáng)弱的關(guān)鍵因素[14]。林地冠層較高，冠層上部接受的輻射量高，而且其生物量葉大于草地，因此蒸散發(fā)量也較大。

從圖2可以看出，研究區(qū)草地和雪松月蒸散量的動(dòng)態(tài)變化曲線仍為單峰型曲線，且在1月份最小，7月份達(dá)到峰值，草地和雪松的分布趨勢(shì)基本一致。1～2月雪松和草地的蒸散量基本一樣，1月分別為24.51和23.79 mm，2月分別為33.10和32.21 mm。3～6月雪松和草地的蒸散量差異非常大，雪松均明顯高于草地。年蒸散雪松明顯高于草地，雪松的年蒸散量為850.50 mm，草地為780.24 mm。這是由于根系深度、葉面指數(shù)、植被覆蓋及地表反照率的差異，使雪松具有較高的蒸發(fā)能力。

3結(jié)論

對(duì)于不同植被類(lèi)型的月蒸散量和年總蒸散量進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)論月蒸散量還是年總蒸散量林地均大于草地，即林地對(duì)水分的消耗大于草地；而對(duì)于不同林分而言，年總蒸散量常綠林最高，落葉林次之，混交林最低；混交林的月蒸散量除在1月和12月高于落葉林外，2～11月都明顯低于落葉林和常綠林，3～8月落葉林的蒸散量與常綠林相當(dāng)，甚至高于常綠林。總的來(lái)講，草地的蒸散耗水最少，在不同的林地中，混交林的蒸散耗水量最少。

對(duì)不同城市綠地而言，俄克拉荷馬的草地和雪松月蒸散量動(dòng)態(tài)變化仍為單峰型曲線，7月份達(dá)到最大值，1月份最小； 3～6月雪松和草地的蒸散量差異非常大，雪松明顯高于草地；年蒸散雪松明顯高于草地。作為城市綠地草地的耗水要明顯少于雪松。這不僅導(dǎo)致土壤水分大量損失，而且會(huì)使土壤質(zhì)量惡化，變得不適應(yīng)植物生長(zhǎng)，也導(dǎo)致濕地鹽堿化，干燥地區(qū)土壤沙化。

42卷36期劉文娟等不同土地覆被對(duì)區(qū)域蒸散的影響

參考文獻(xiàn)

[1] 王黎明.吉林省西部區(qū)域遙感蒸散模型研究及其應(yīng)用[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2005.

[2] 王黎明，周云軒.吉林省西部區(qū)域蒸散時(shí)空變化分析[J].遙感信息，2010（2）：103-108.

[3] 李金柱.區(qū)域蒸散發(fā)影響因素綜合分析[J].山西水利，2003（3）：23-24.

[4] 金翠，張柏.土地利用/覆被變化對(duì)區(qū)域蒸散影響的遙感分析[J].干旱區(qū)研究，2009，26（5）：734-742.

[5] SENAY G B，BUDDE M，VERDIN J P，et al.A coupled remote sensing and simplified surface energy balance approach to estimate actual evapotranspiration from irrigated fields[J].Sensors，2007，7（6）：979-1000.

[6] 李紅軍，雷玉平.SEBAL模型及其在區(qū)域蒸散研究中的應(yīng)用[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2005（3）：321-325.

[7] GOETZ S J，HALTHORE R N，HALL F G，et al.Surface temperature retrieval in a temperate grassland with multiresolution sensors[J].Journal of Geophysical Research，1995，100（D12）：25.

[8] SCHOTT J，VOLCHOK W.Thematic Mapper thermal infrared calibration[J].Photogrammetric Engineering and Remote Sensing，1985，51：1351-1357.

[9] WUKELIC G E，GIBBONS D E，MARTUCCI L M，et al.Radiometric calibration of Landsat Thematic Mapper thermal band[J].Remote Sensing of Environment，1989，28：339-347.

[10] ALLEN R G，SMITH M，PEREIRA L S，et al.An update for the calculation of reference evapotranspiration[J].ICID Bulletin，1994，43（2）：35-92.

[11] ALLEN R G，SMITH M，PERRIER A.An update for the definition of reference evapotranspiration[J].ICID Bulletin，1994，43（2）：1-34.

[12] BRUTSAERT W，SUGITA M.Application of self-preservation in the diurnal evolution of the surface energy budget to determine daily evaporation[J].J Geophys Res，1992，97（17）：18377-18382.

[13] CRAGO R.Conservation and variability of the evaporative fraction during the daytime[J].Journal of Hydrology，1996，180（1/4）：173-194.

[14] 韓惠.基于遙感技術(shù)的祖厲河流域土地利用/土地覆蓋變化與蒸散發(fā)研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2006.