辽河三角洲地表蒸发量遥感估算

王 雪

（辽宁师范大学 城市与环境学院，辽宁 大连 116029）

目前，水资源问题已成为人类面临的最重要的自然资源问题之一，而几乎所有的水资源问题都离不水循环过程的研究.蒸发是水资源状态相互转化中的重要环节，陆地上一年的降水约66%通过蒸散发返回大气[9].广义的蒸发包括水面蒸发、地表蒸发和植物的蒸腾.地表蒸发过程受辐射、温度、降水、风速等气象因素和植被覆盖、土壤湿度、地形地貌等地表因素的共同影响.区域地表蒸发量的估计一直是学术界重点关注的研究焦点之一.在湿地生态系统中，主要的热交换方式就是地表和大气之间的水交换，而以气象站蒸发皿资料求得结果代表区域蒸发量的方法越来越难以符合实际要求，合理准确地估算地表蒸发量，对水循环、水资源、水生态研究以及科学管理均具有重要意义.自1802年Dalton提出著名的Dalton蒸发定律以来,关于蒸发量估算问题的研究就没有间断过.国际上对于蒸发量的研究已有200多年的历史,人们投入大量的精力来研究蒸发的理论、测定、计算等问题,取得了大量成果,但都是基于预测点和模拟的结果.到了20世纪后期,随着遥感技术和GIS技术的发展,越来越多的学者投入到这方面的研究，至今已取得大量大范围全覆盖、精度更高的研究成果.

1 研究区概述与数据资料

辽河三角洲位于辽宁省西南部辽河平原南端，由三角洲平原、河口湾及其毗邻的辽东湾浅海组成，介于东经121°25′～122°31′，北纬 40°39′～41°27′之间，是我国七大江河三角洲之一.在行政区划上包括绝盘锦市大部分地区、营口市和锦州市部分地区.其中盘锦市位于辽河三角洲的核心地带，是辽河三角洲的主体地区.本文为研究方便，以盘锦市域作为辽河三角洲的研究区.本区域属于退海平原，资源丰富，风景秀美.地势平坦,地面高程小于7m,海岸地带地势低洼.区内共有大小河流21条,其中较大的是辽河、大辽河、绕阳河、大凌河,平原河曲发育,遍布各种自然、人工湿地.本区海岸线长118km,有泥质滩涂604km2,浅海水域分布着蛤蜊岗、黄沙岗等众多水下沙洲.域内的双台河口国家级自然保护区是全国最大的湿地自然保护区，其独特的地理环境，孕育了风光旖旎的湿地景观.这里有一望无际的红海滩，世界最大的芦苇海以及各种珍稀鸟类，始终如一的原始自然风貌使盘锦市获得了“国家级生态示范区”的美誉.本区域气候属于暖温带大陆性半湿润季风气候，温度适宜，降水丰富，年平均温度为8.5℃，年降水量650毫米.盘锦市是我国重要的芦苇、粮食、石油生产基地，辽河油田是我国第三大油田,在地区经济中也起着支柱作用.

2 基本原理与方法

目前，许多学者通过试验建立起了一系列的遥感蒸发计算模型，如 SEBAL模型【14—15】、SEBS模型【20—21】等.这些遥感模型虽然在参数的处理方面各有千秋，但基本原理都是根据能量平衡原理来计算.SEBS模型是由荷兰学者苏中波等提出用来估计大气的湍流通量和蒸发比，SEBS应用对地观测的可见光、近红外和热红外波段资料以及观测的气象数据进行地表蒸发量估算.尽管该模型发展相对较晚，但多采用固定值的方法使之优于其他方案，因而近两年在国内外都获得了较广泛应用.

SEBS模型是根据表面能量平衡原理估算不同尺度的地表能量通量及地表相对蒸发的方法.其理论基础是地表能量平衡方程，即净辐射在地表感热、潜热和土壤热通量之间保持平衡，任意时刻的地表能量平衡如下：

（1）式经变换后可得：

式中Rn为净辐射通量，G0为土壤热通量，H为湍流显热通量，λE为湍流潜热通量（地表蒸发所用能量）.

因此,只要分别求得了地表净辐射通量Rn,土壤热通量G0和感热通量H,便可以计算出潜热通量λE.利用(2)式获得潜热通量的方法称之为余项法[14～18],但在SEBS模型中,潜热通量是采用比值法求得的.

净辐射通量Rn是地表能量、物质输送与交换过程的原动力,是气候形成及气候变化的主要因素.因而,地表得到的净辐射是各种热量交换的基础.地表净辐射可用如下公式表达:

式中α是反射率，Rswd，Rlwd分别为下行太阳辐射和长波辐射，ε为地表比辐射率，δ为Stefan-Bolzmann常数，T0为地表温度.这些有关参数均可从遥感数据中获得.

SEBS遥感模型要求输入的地面气象观测要素主要有气象站高程、海平面气压、相对湿度、日照时数、温度、风向、风速、降水等，遥感资料选取美国NOAA卫星的AVHRR资料，数据共有五个通道，Ch1、Ch2为可见光和近红外通道，Ch3、Ch4、Ch5为中红外和两个热红外通道，本文选取辽河三角洲2010年1、4、7、10四个月相关资料作为研究数据.

土壤热通量G0也称为土壤的热交换量.它取决于地表特征(地面植被覆盖率)和土壤含水量等,土壤热通量在能量平衡方程中的比重较小，一般可通过它与净辐射(Rn)的关系来确定,即进入土壤热通量可近似表示为Rn的函数：

式中:在地表全部被植被覆盖时，G0与Rn的比值Γc=0.05(Monteith,1973)，而裸土时，Γs=0.315(KustasandDaughtry,1989).引入植被覆盖率fc来描述植被的不同覆盖程度.可通过遥感影像确定.

3 结果分析与讨论

2010年辽河流域蒸发量见图1.

图1 2010年辽河流域蒸发量

A图为春季，4月份总体特征为陆地部分的蒸发量偏高，海洋部分的蒸发量偏低.此时温度转暖，大部分积雪开始融化，农作物开始生长，由于水平充足，森林植被蒸腾、蒸发量较大.B图对应盛夏，流域总体特征为陆地和海域部分的蒸发量最高.此时是农作物生长的旺盛季节，蒸散量最高.由于夏季时节的气温高于全年其他季节，夏季海洋蒸发量远远高于全年的其他时期.C图为秋季，此时植被的生长已经趋于缓慢，整个辽河三角洲流域的蒸发量较7月份都有很大的回落.而海岸线一带大部分海域的蒸发量偏低，主要是因为辽东湾出现海冰所致.D图对应严冬，由于天气寒冷，温度较低，部分区域被雪覆盖，整个流域的蒸发量为全年最低，，其中海域部分蒸发量极低.通过不同月份蒸发量的对比，可以在一定程度上反映整个辽河三角洲流域蒸发量的变化.从整体看，夏季蒸发量最高，冬季蒸发量最低.辽河三角洲陆地部分与海域部分蒸发量也存在明显差异.陆地区域受人类活动影响，与植被的生长情况有很好的对应关系，海域部分随着温度的变化而变化，海域区域蒸发量整体小于陆地区域蒸发量.

4 结语

辽河三角洲地理位置优越，资源丰富.研究此区域蒸发量，对制定辽河三角洲水资源的利用方案具有重要意义.SEBS方法在利用遥感信息获取空气阻力、表面阻力和土壤热通量等方面有较大的优点，NOAA/AVHRR数据时间分辨率高，可以免费获得，使蒸发量的遥感估算具有很好的应用前景.将SEBS模型应用在辽河三角洲流域，结合NOAA/AVHRR数据和气象观测资料，估算了辽河三角洲流域夏秋冬各个季节的蒸发量，可以在一定程度上反应出辽河三角洲流域蒸发量随季节的变化的特征.春季蒸发量较低，夏季蒸发量最高，秋季蒸发量有很大的回落，冬季蒸发量最低.整个流域陆地部分和海域部分也有很大的差异，受植被、温度、人类活动等因素影响，海域区域蒸发量整体小于陆地区域蒸发量.

利用遥感技术，结合气象资料反演地表蒸发量是近几年来的热点研究问题尤其是利用高时间分辨率的遥感影像将大大提高反演地表蒸发量的精度.

〔1〕杨永民，冯兆东，周剑.基于SEBS模型的黑河流域蒸散发[J].兰州大学学报（自然科学版），2008（3）.

〔2〕宋文献，江善虎，杨春生，王立明.基于SEBS模型的老哈河流域蒸散发研究[J].水资源与水工程学报,2012（2）.

〔3〕肖笃宁.辽河三角洲的自然资源与区域开发[J].自然资源学报,1994（3）.

〔4〕蒋卫国，李京，李加洪，谢志仁，王文杰.辽河三角洲湿地生态系统健康评价[J].生态学报,2005（4）.