CN112700089B - 一种草原灌溉地水资源消耗量的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种草原灌溉地水资源消耗量的计算方法，利用草原区域参考作物系数在时间尺度上稳定渐变特性，等价分解区域蒸散发ET长序列扩展，利用改进参考作物系数法，耦合区域参考作物蒸散发，实现了遥感影像缺失特别是非晴日干扰下草原区域蒸散发长序列扩展，并解决了遥感区域蒸散发ET计算困难问题，提高草原区域蒸散发ET长序列计算的精度。本发明针对草原灌溉地水资源消耗量计算问题，通过灌溉地水资源消耗计算模型，量化确定了草原地区灌溉地作物生长季的水资源消耗量GW值，界定了草原区地下水资源实时监控和管理的重点区域，为灌溉地植被建设对草原区地下水资源开发利用管理和草原生态系统研究提供了典型案例分析参考。

Description

一种草原灌溉地水资源消耗量的计算方法

技术领域

本发明属于牧区水资源管理和用水监控领域，具体涉及一种草原灌溉地水资源消耗量的计算方法。

背景技术

对于生态结构相对脆弱的草原地区，灌溉在增加饲草料和粮食经济作物产量、提高牧区抗灾保畜能力和草地承载能力的同时，也会改变草原生态系统的水循环过程，使其呈现“自然-社会”二元特性。同时草原会消耗当地水资源直接影响生态环境变迁，合理计算灌溉地耗水量对草原生态系统和牧区经济社会稳定具有举足轻重的作用。

草原灌溉地耗水量计算过程中，灌溉产生的蒸散发(ET)和降水(P_r)是影响草原水资源系统的重要因素。如何合理计算这两个参数，并定量描述草原灌溉地耗水特征是牧区水资源可持续利用和草原生态系统稳定的重要基础。相比P_r，ET由于需要依据相对复杂的物理原理，并采用系统技术测量获得，该因素成为实时监测草原灌溉地耗水量的关键。传统点尺度监测方法并不能完全真实反映区域尺度上的ET特征，遥感技术利用其空间连续性和大跨度特点，可直接获得作为下垫面消耗的水量，解决了区域尺度特别是缺乏观测资料地区的ET定量表征问题，为区域ET计算提供了一种新途径。但是，受卫星过境时间、非晴日天气的干扰，遥感技术只能获取有限、离散的区域ET数据，而对草原地区水资源综合利用应用价值具有重要作用的长序列(月、季、年等)ET数据，很难获得。目前，现有区域ET长序列扩展是在有限、离散的晴日ET基础上实现的，当遥感影像过境时间不匹配、降水阴云非晴日出现时，天气因素会通过改变下垫面地表温度和土壤湿度等直接影响ET变化。现有诸如蒸发比不变法、正弦曲线法、冠层阻力法、恒定参考作物系数法等开展时间尺度长序列扩展时，利用两幅区域ET遥感计算结果，通过插补遥感影像缺失的区域ET，除主观弱化了地表温度、土壤湿度等改变对ET的干扰外，更容易弱化天气特别是非晴日所带来的气象参数变化影响、忽视下垫面植被生长带来的渐变，这种忽视天气和植被参数变化得到的长序列ET结果精度不能保证，很难有效控制误差的聚散，严重影响计算结果和精度。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种草原灌溉地水资源消耗量的计算方法解决了现有技术中存在的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种草原灌溉地水资源消耗量的计算方法，包括以下步骤：

S1、采集草原灌溉地的基础数据并对基础数据进行预处理，根据预处理后的数据，使用METRIC模型反演得到地表反照率、地表比辐射率、地表温度、归一化植被指数和地表植被粗糙度；

S2、根据地表反照率、地表比辐射率、地表温度、归一化植被指数和地表植被粗糙度，构建草原灌溉地的ET遥感计算模型，并通过ET遥感计算模型获取有效晴日的草原灌溉地区域蒸散发值ET_d；

S3、通过草原灌溉地区域蒸散发值ET_d计算草原灌溉地作物生长季的区域蒸散发值ET'；

S4、采集草原灌溉地所在地域的有效降水数据，并利用空间插值法计算草原灌溉地的有效降水数据P_a；

S5、构建草原灌溉地水资源消耗量计算模型，并通过草原灌溉地作物生长季的区域蒸散发值ET'和有效降水数据P_a获取草原灌溉地水资源消耗量；

所述步骤S3具体为：

S3.1、利用FAO P-M公式空间插值获取草原灌溉地的逐日参考作物蒸散发值ET₀；

S3.2、将草原灌溉地区域蒸散发值ET_d与逐日参考作物蒸散发值ET₀进行数据耦合，获取不同时段区域参考作物系数值ET_rF的离散数据集；

S3.3、针对区域参考作物系数值ET_rF在时间尺度具有稳定渐变特性，利用区域参考作物系数值ET_rF的离散数据集，分段建立相邻晴日之间的区域参考作物系数值ET_rF随儒略日DOY变化的函数关系式ET_rF＝f(DOY)具体为：

ET_d,DOY＝ET_rF·ET_0,DOY

ET_rF＝c·DOY+d

d＝ET_rF_n-c·DOY_n

S3.4、根据函数关系式ET_rF＝f(DOY)，分析区域参考作物系数值ET_rF在时间尺度长序列上的变化特征；

S3.5、根据区域参考作物系数值ET_rF在时间尺度长序列上的变化特征，通过参考作物系数法获取草原灌溉地ET时间尺度长序列的扩展，得到草原灌溉地作物生长季的区域蒸散发值ET'；

其中，ET_d,DOY表示儒略日DOY对应当天的日蒸散发值，ET_0,DOY表示儒略日DOY对应当天的日参考作物蒸散发值，c和d均为中间系数，ET_rF_n和ET_rF_m分别表示相邻两个晴日DOY_n和DOY_m的区域参考作物系数值。

进一步地，所述步骤S1中基础数据包括数字高程模型DEM、气象数据和遥感数据；所述步骤S1中对基础数据进行预处理的具体方法为：采用地理信息系统ARCGIS对数字高程模型DEM、气象数据和遥感数据进行预处理。

进一步地，所述步骤S2具体为：

S2.1、通过地表反照率和地表比辐射率获取地表净辐射量R_n，通过地表反照率、归一化植被指数、地表温度和地表净辐射量获取土壤热通量G，通过地表温度和地表植被粗糙度获取显热通量H；

S2.2、根据地表净辐射量R_n、土壤热通量G和显热通量H，构建草原灌溉地的ET遥感计算模型，获取潜热通量LE，所述潜热通量LE具体为：

LE＝R_n-G-H

S2.3、以潜热通量LE为基础，并通过ET遥感计算模型获取有效晴日的草原灌溉地区域蒸散发值ET_d具体为：

R_n24＝(1-α)·K_in24-110·τ_sw

其中，Λ表示蒸发比，λ表示水的汽化热，R_n24表示日地表净辐射量，G₂₄表示日土壤热通量，LE₂₄表示日潜热通量，α表示地表反照率，K_in24表示日短波辐射，τ_sw表示大气透过率，

表示相对日地距离订正系数，π表示圆周率，

表示像元的地理纬度，δ表示太阳赤纬，G_sw表示太阳常数，ω₂表示日落时的太阳时角。

进一步地，所述步骤S2.1中地表净辐射量R_n具体为：

R_n＝(1-α)·K_in+(L_in-L_out)-(1-ε)·L_in

其中，α表示地表反照率，ε表示地表比辐射率，K_in表示短波辐射，L_in表示下行长波辐射，L_out表示上行长波辐射。

进一步地，所述步骤S2.1中土壤热通量G具体为：

其中，T_s表示地表温度，NDVI表示归一化植被指数。

进一步地，所述步骤S2.1中显热通量H具体为：

其中，ρ_air表示草原灌溉地空气密度，c_p表示空气定压比热容，T₁表示零平面位移以上高度z₁处的温度，T₂表示零平面位移以上高度z₂处的温度，r_a表示空气动力学阻抗，P_air表示空气压强。

进一步地，所述空气动力学阻抗r_a具体为：

其中，z₁表示草原灌溉地略高于植被冠层的平均高度，z₂表示略低于边界层的参考高度，u_*表示摩擦风速，κ表示常数；

所述摩擦风速u_*具体为：

其中，u_x表示高度x处的风速，z_x表示高度为x的值，z_0m表示地表植被粗糙度；

所述T₁-T₂具体为：

dT＝a·T_s+b

其中，dT表示T₁-T₂的值，a和b均为中间参数，R_n干、G_干、r_a干、T_s干和ρ_干分别表示在草原灌溉地遥感图像上选定的干点对应像元点的地表净辐射量、土壤热通量、空气动力学阻抗、地表温度和空气密度，R_n湿、G_湿、r_a湿、T_s湿和ρ_湿分别表示在草原灌溉地遥感图像上选定的湿点对应像元点的地表净辐射量、土壤热通量、空气动力学阻抗、地表温度和空气密度，β_湿＝H/LE，β_湿表示湿点波文比。

进一步地，所述步骤S5中草原灌溉地水资源消耗量GW具体为：

GW＝ET'-P_a

其中，ET'表示草原灌溉地作物生长季的区域蒸散发值。

本发明的有益效果为：

(1)本发明针对遥感影像缺失条件下的遥感区域蒸散发ET扩展问题，利用区域参考作物系数在时间尺度上稳定渐变特性，通过对区域ET长序列扩展等价分解，提出改进参考作物系数法，耦合区域参考作物蒸散发，实现了遥感影像缺失特别是非晴日干扰下的草原区域蒸散发长序列扩展，提高了草原区域ET长序列计算的精度。

(2)本发明针对草原灌溉地水资源消耗量化问题，通过提出灌溉地水资源消耗计算模型，量化确定了草原地区灌溉地作物生长季的水资源消耗量GW值，界定了草原区地下水资源实时监控和管理的重点，为灌溉地植被建设对草原区地下水资源开发利用管理和草原生态系统影响研究提供了基础典型案例参考。

附图说明

图1为本发明提出的一种草原灌溉地水资源消耗量的计算方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

下面结合附图详细说明本发明的实施例。

如图1所示，一种草原灌溉地水资源消耗量的计算方法，包括以下步骤：

S1、采集草原灌溉地的基础数据并对基础数据进行预处理，根据预处理后的数据，使用METRIC模型反演得到地表反照率、地表比辐射率、地表温度、归一化植被指数和地表植被粗糙度；

S2、根据地表反照率、地表比辐射率、地表温度、归一化植被指数和地表植被粗糙度，构建草原灌溉地的ET遥感计算模型，并通过ET遥感计算模型获取有效晴日的草原灌溉地区域蒸散发值ET_d；

S3、通过草原灌溉地区域蒸散发值ET_d计算草原灌溉地作物生长季的区域蒸散发值ET'；

S4、采集草原灌溉地所在地域的有效降水数据，并利用空间插值法计算草原灌溉地的有效降水数据P_a；

S5、构建草原灌溉地水资源消耗量计算模型，并通过草原灌溉地作物生长季的区域蒸散发值ET'和有效降水数据P_a获取草原灌溉地水资源消耗量；

所述步骤S3具体为：

S3.1、利用FAO P-M公式空间插值获取草原灌溉地的逐日参考作物蒸散发值ET₀；

S3.2、将草原灌溉地区域蒸散发值ET_d与逐日参考作物蒸散发值ET₀进行数据耦合，获取不同时段区域参考作物系数值ET_rF的离散数据集；

S3.3、针对区域参考作物系数值ET_rF在时间尺度具有稳定渐变特性，利用区域参考作物系数值ET_rF的离散数据集，分段建立相邻晴日之间的区域参考作物系数值ET_rF随儒略日DOY变化的函数关系式ET_rF＝f(DOY)具体为：

ET_d,DOY＝ET_rF·ET_0,DOY

ET_rF＝c·DOY+d

d＝ET_rF_n-c·DOY_n

S3.4、根据函数关系式ET_rF＝f(DOY)，分析区域参考作物系数值ET_rF在时间尺度长序列上的变化特征；

S3.5、根据区域参考作物系数值ET_rF在时间尺度长序列上的变化特征，通过参考作物系数法获取草原灌溉地ET时间尺度长序列的扩展，得到草原灌溉地作物生长季的区域蒸散发值ET'；

其中，ET_d,DOY表示儒略日DOY对应当天的日蒸散发值，ET_0,DOY表示儒略日DOY对应当天的日参考作物蒸散发值，c和d均为中间系数，ET_rF_n和ET_rF_m分别表示相邻两个晴日DOY_n和DOY_m的区域参考作物系数值。

所述步骤S1中基础数据包括数字高程模型DEM、气象数据和遥感数据；所述步骤S1中对基础数据进行预处理的具体方法为：采用地理信息系统ARCGIS对数字高程模型DEM、气象数据和遥感数据进行预处理。

在本实施例中，所述步骤S1中地表反照率α具体为：

其中，b表示波段，ρ_s,b表示b波段的反射率，ω_b表示b波段的权重系数，ρ_t,b表示b波段的大气外光谱反射率，ρ_a,b表示b波段的调整系数，τ_in,b表示b波段进入的大气透过率，τ_out,b表示b波段散射的大气透过率，π表示圆周率，L_b表示b波段的辐射亮度(W/m²·μm)，

表示相对日地距离订正系数，ESUN_b表示大气外光谱辐照度，θ_ref表示太阳天顶角，θ_hor表示太阳高度角，L_MAXb表示b波段的最大辐射率，L_MINb表示b波段的最小辐射率，Q_calmax表示最大像元灰度值，Q_calmin表示最小像元灰度值，Q_cal表示影像的像元灰度值，C₁表示第一中间系数，C₂表示第二中间系数，C₃表示第三中间系数，C₄表示第四中间系数，C₅表示第五中间系数，P_air表示空气压强，W表示水汽参数，K₁表示0～1的常数，cosη＝1。不同波段最大和最小辐射率如表1所示，Landsat卫星参数C_i和W_b如表2所示。

表1不同波段最大和最小辐射率单位：W/m²·μm·sr

表2 Landsat卫星参数C_i和W_b查询表

所述步骤S1中地表比辐射率ε具体为：

其中，LAI表示单位面积上植物叶面面积占土地面积的比值，SAVI表示土壤调整植被指数，ρ_i表示热红外波段i的反射率，ρ_i-1表示红外波段i-1的反射率，L表示常数；

所述步骤S1中地表温度T_s具体为：

C＝ε·τ_sw

D＝(1-τ_sw)·[1+(1-ε)·τ_sw]

其中，a₆表示中间系数，C表示第一中间变量，D表示第二中间变量，b₆表示中间系数，T₆表示卫星高度上遥感器所观测到的亮度温度，T_a表示大气平均作用温度，τ_sw表示大气透过率，K₁和K₂均为常数，L₆表示6波段的辐射亮度。

所述步骤S1中归一化植被指数NDVI具体为：

其中，ρ_i+1表示红外波段i+1的反射率；

所述步骤S1中地表植被粗糙度Z_0m具体为：

Z_0m＝exp[(a₁NDVI)+b₁]

当坡度大于5度时，对地表植被粗糙度进行调整，调整如下：

其中，Z_0m,ad表示调整后的地表植被粗糙度，a₁表示第一经验系数，b₁表示第二经验系数，s表示草原灌溉地坡度值。

所述步骤S2具体为：

S2.1、通过地表反照率和地表比辐射率获取地表净辐射量R_n，通过地表反照率、归一化植被指数、地表温度和地表净辐射量获取土壤热通量G，通过地表温度和地表植被粗糙度获取显热通量H；

S2.2、根据地表净辐射量R_n、土壤热通量G和显热通量H，构建草原灌溉地的ET遥感计算模型，获取潜热通量LE，所述潜热通量LE具体为：

LE＝R_n-G-H

S2.3、以潜热通量LE为基础，并通过ET遥感计算模型获取有效晴日的草原灌溉地区域蒸散发值ET_d具体为：

R_n24＝(1-α)·K_in24-110·τ_sw

其中，Λ表示蒸发比，λ表示水的汽化热，R_n24表示日地表净辐射量，G₂₄表示日土壤热通量，LE₂₄表示日潜热通量，α表示地表反照率，K_in24表示日短波辐射，τ_sw表示大气透过率，

表示相对日地距离订正系数，π表示圆周率，

表示像元的地理纬度，δ表示太阳赤纬，G_sw表示太阳常数，ω₂表示日落时的太阳时角。

所述步骤S2.1中地表净辐射量R_n具体为：

R_n＝(1-α)·K_in+(L_in-L_out)-(1-ε)·L_in

其中，α表示地表反照率，ε表示地表比辐射率，K_in表示短波辐射，L_in表示下行长波辐射，L_out表示上行长波辐射。

在本实施例中，短波辐射K_in具体为：

W＝0.14e_aP_air+2.1

其中，G_SW表示太阳常数，取1367W/m²；dr²表示相对日地距离订正系数(无量纲)；DOY表示儒略日，即遥感图像获取日期在太阳历中排列序号，例如1月1日的排列序号为1，2月1日的排列序号为32；δ表示太阳赤纬，

表示像元的地理纬度，s表示研究区坡度，γ表示坡向(南为0，西为π/2，东为-π/2，北±π)，ω表示太阳时角，P_air表示空气压强(kPa)，e_a表示水汽压(kPa)，W表示水汽参数，τ_SW表示大气透过率。

所述太阳时角ω具体为：

ω＝π/12[(t+0.0667·(L_z-L_m)+S_c-12)]

S_c＝0.1645sin(2b)-0.1255cosb-0.025sinb

其中，t表示时段中点的时刻(hour)，例如时段为14.00～15.00，t＝14.5。L_z表示当地时区中心的经度(格林威治以西的度数)，例如，L_z＝75、90、105、120°分别为东、中心、落基山和太平洋的时区(美国)，L_z＝0°为格林威治，Lz＝330°为开罗(埃及)，L_z＝225°为曼谷(泰国)。L_m表示测点经度(格林威治以西度数)；S_c表示日照时间的季节修正(小时)当然，式(28)中的ω＜-ωs或ω＞ωs是表示太阳在地平线以下，定义R_a值为0。

所述下行长波辐射L_in和上行长波辐射L_out具体为：

T_a＝16.011+0.92621·T₀

其中，σ表示史蒂芬-波尔兹曼常数，取5.67*10^-8W/m²·K⁴；T_a表示大气平均作用温度(K)，T₀表示是高度为2m的地面温度(K)。

所述步骤S2.1中土壤热通量G具体为：

其中，T_s表示地表温度，NDVI表示归一化植被指数。

所述步骤S2.1中显热通量H具体为：

其中，ρ_air表示草原灌溉地空气密度，c_p表示空气定压比热容，T₁表示零平面位移以上高度z₁处的温度，T₂表示零平面位移以上高度z₂处的温度，r_a表示空气动力学阻抗，P_air表示空气压强。

所述空气动力学阻抗r_a具体为：

其中，z₁表示草原灌溉地略高于植被冠层的平均高度(取0.01m)，z₂表示略低于边界层的参考高度(2m)，u_*表示摩擦风速，κ表示常数；

所述摩擦风速u_*具体为：

其中，u_x表示高度x处的风速，z_x表示高度为x的值，z_0m表示地表植被粗糙度；

所述T₁-T₂具体为：

dT＝a·T_s+b

其中，dT表示T₁-T₂的值，a和b均为中间参数，R_n干、G_干、r_a干、T_s干和ρ_干分别表示在草原灌溉地遥感图像上选定的干点对应像元点的地表净辐射量、土壤热通量、空气动力学阻抗、地表温度和空气密度，R_n湿、G_湿、r_a湿、T_s湿和ρ_湿分别表示在草原灌溉地遥感图像上选定的湿点对应像元点的地表净辐射量、土壤热通量、空气动力学阻抗、地表温度和空气密度，β_湿＝H/LE，β_湿表示湿点波文比。

在本实施例中，需要对摩擦风速u_*和空气动力学阻抗r_a进行更新，具体更新步骤为：

考虑表面受热导致近地层大气处于不稳定状态，模型应用Monin-Obukhov相似理论，引入大气热量传输与动量传输的稳定度订正因子Ψ_h、Ψ_m和L，对空气动力学阻抗进行校正后，迭代求解显热通量。

a.中性状态(L＝0)：

ψ_h＝ψ_m＝0

b.稳定状态(L>0)：

c.不稳定状态(L<0)：

求得L后，依据L的大小，根据稳定度订正因子Ψ_h和Ψ_m等参数，求得新的摩擦风速u_*和空气动力学阻抗r_a具体为：

根据新的空气动力学阻抗值，计算出的a_i-1和b_i-1值，获取H_i，进而得到新的参数a_i和b_i，比较a_i和a_i-1的相对误差，不满足精度，继续执行迭代计算，直到上一次求得的a_i-1和本次求得的a_i相对误差满足精度要求。

其中，g表示重力加速度，ψ_h表示大气热量传输与动量传输的第一稳定度订正因子，ψ_m表示大气热量传输与动量传输的第二稳定度订正因子，L表示第三大气热量传输与动量传输的稳定度订正因子，z表示高度，ψ_h(z)表示高度为z的第一稳定度订正因子，ψ_m(z)表示高度为z的第二稳定度订正因子，x(z)表示高度为z的中间变量。

在本实施例中，每一块灌溉用地作为独立的土地单元，将灌溉用地所处的空间垂向结构划分为大气层、灌溉用地层和地下水层，利用草原区域ET长序列扩展成果开展水资源消耗量化分析。结合灌溉用地水量均衡进行分析，灌溉用地在植物生长季的来水包括有效降水，以及地下水对灌溉用地的天然补给、灌溉抽取地下水的人工补给；灌溉用地的耗水包括作物蒸腾、土地蒸发、植物自身生长汲取消耗的水分(这部分水分相比前两者可忽略)、灌溉用地向地下水的渗漏量。因此，地下水资源补充了灌溉用地的包气带，但这部分水量未脱离灌溉用地进入大气中，此部分水量仍储存在灌溉用地所处的下垫面当中，属于当地水资源的内部消耗；除此之外，其余部分通过ET形式脱离了灌溉用地进入大气当中的水量，这部分水量是一种资源净消耗，定义此部分水量为地下水消耗量(以下简称GW)。换种角度解释，在没有外来水补给情况下，下垫面灌溉用地消耗的水资源量除了大气有效降水补给外，其余部分均来自地下水部分，区域ET扣除有效降水的部分定义为GW值。

所述步骤S5中草原灌溉地水资源消耗量GW具体为：

GW＝ET'-P_a

其中，ET'表示草原灌溉地作物生长季的区域蒸散发值。

本发明的有益效果为：

(1)本发明针对遥感影像缺失条件下的遥感区域蒸散发ET扩展问题，利用区域参考作物系数在时间尺度上稳定渐变特性，通过对区域ET长序列扩展等价分解，提出改进参考作物系数法，耦合区域参考作物蒸散发，实现了遥感影像缺失特别是非晴日干扰下的草原区域蒸散发长序列扩展，提高了草原区域ET长序列计算的精度。

(2)本发明针对草原灌溉地水资源消耗量化问题，通过提出灌溉地水资源消耗计算模型，量化确定了草原地区灌溉地作物生长季的水资源消耗量GW值，界定了草原区地下水资源实时监控和管理的重点，为灌溉地植被建设对草原区地下水资源开发利用管理和草原生态系统影响研究提供了基础典型案例参考。

Claims (8)

1.一种草原灌溉地水资源消耗量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集草原灌溉地的基础数据并对基础数据进行预处理，根据预处理后的数据，使用METRIC模型反演得到地表反照率、地表比辐射率、地表温度、归一化植被指数和地表植被粗糙度；

S2、根据地表反照率、地表比辐射率、地表温度、归一化植被指数和地表植被粗糙度，构建草原灌溉地的ET遥感计算模型，并通过ET遥感计算模型获取有效晴日的草原灌溉地区域蒸散发值ET_d；

S3、通过草原灌溉地区域蒸散发值ET_d计算草原灌溉地作物生长季的区域蒸散发值ET'；

S4、采集草原灌溉地所在地域的有效降水数据，并利用空间插值法计算草原灌溉地的有效降水数据P_a；

S5、构建草原灌溉地水资源消耗量计算模型，并通过草原灌溉地作物生长季的区域蒸散发值ET'和有效降水数据P_a获取草原灌溉地水资源消耗量；

所述步骤S3具体为：

S3.1、利用FAO P-M公式空间插值获取草原灌溉地的逐日参考作物蒸散发值ET₀；

S3.2、将草原灌溉地区域蒸散发值ET_d与逐日参考作物蒸散发值ET₀进行数据耦合，获取不同时段区域参考作物系数值ET_rF的离散数据集；

S3.3、针对区域参考作物系数值ET_rF在时间尺度具有稳定渐变特性，利用区域参考作物系数值ET_rF的离散数据集，分段建立相邻晴日之间的区域参考作物系数值ET_rF随儒略日DOY变化的函数关系式ET_rF＝f(DOY)具体为：

ET_d,DOY＝ET_rF·ET_0,DOY

ET_rF＝c·DOY+d

d＝ET_rF_n-c·DOY_n

S3.4、根据函数关系式ET_rF＝f(DOY)，分析区域参考作物系数值ET_rF在时间尺度长序列上的变化特征；

S3.5、根据区域参考作物系数值ET_rF在时间尺度长序列上的变化特征，通过参考作物系数法获取草原灌溉地ET时间尺度长序列的扩展，得到草原灌溉地作物生长季的区域蒸散发值ET'；

其中，ET_d,DOY表示儒略日DOY对应当天的日蒸散发值，ET_0,DOY表示儒略日DOY对应当天的日参考作物蒸散发值，c和d均为中间系数，ET_rF_n和ET_rF_m分别表示相邻两个晴日DOY_n和DOY_m的区域参考作物系数值。

2.根据权利要求1所述的草原灌溉地水资源消耗量的计算方法，其特征在于，所述步骤S1中基础数据包括数字高程模型DEM、气象数据和遥感数据；所述步骤S1中对基础数据进行预处理的具体方法为：采用地理信息系统ARCGIS对数字高程模型DEM、气象数据和遥感数据进行预处理。

3.根据权利要求1所述的草原灌溉地水资源消耗量的计算方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

S2.1、通过地表反照率和地表比辐射率获取地表净辐射量R_n，通过地表反照率、归一化植被指数、地表温度和地表净辐射量获取土壤热通量G，通过地表温度和地表植被粗糙度获取显热通量H；

S2.2、根据地表净辐射量R_n、土壤热通量G和显热通量H，构建草原灌溉地的ET遥感计算模型，获取潜热通量LE，所述潜热通量LE具体为：

LE＝R_n-G-H

S2.3、以潜热通量LE为基础，并通过ET遥感计算模型获取有效晴日的草原灌溉地区域蒸散发值ET_d具体为：

R_n24＝(1-α)·K_in24-110·τ_sw

其中，Λ表示蒸发比，λ表示水的汽化热，R_n24表示日地表净辐射量，G₂₄表示日土壤热通量，LE₂₄表示日潜热通量，α表示地表反照率，K_in24表示日短波辐射，τ_sw表示大气透过率，

表示相对日地距离订正系数，π表示圆周率，

表示像元的地理纬度，δ表示太阳赤纬，G_sw表示太阳常数，ω₂表示日落时的太阳时角。

4.根据权利要求3所述的草原灌溉地水资源消耗量的计算方法，其特征在于，所述步骤S2.1中地表净辐射量R_n具体为：

R_n＝(1-α)·K_in+(L_in-L_out)-(1-ε)·L_in

其中，α表示地表反照率，ε表示地表比辐射率，K_in表示短波辐射，L_in表示下行长波辐射，L_out表示上行长波辐射。

5.根据权利要求4所述的草原灌溉地水资源消耗量的计算方法，其特征在于，所述步骤S2.1中土壤热通量G具体为：

其中，T_s表示地表温度，NDVI表示归一化植被指数。

6.根据权利要求5所述的草原灌溉地水资源消耗量的计算方法，其特征在于，所述步骤S2.1中显热通量H具体为：

其中，ρ_air表示草原灌溉地空气密度，c_p表示空气定压比热容，T₁表示零平面位移以上高度z₁处的温度，T₂表示零平面位移以上高度z₂处的温度，r_a表示空气动力学阻抗，P_air表示空气压强。

7.根据权利要求6所述的草原灌溉地水资源消耗量的计算方法，其特征在于，所述空气动力学阻抗r_a具体为：

其中，z₁表示草原灌溉地略高于植被冠层的平均高度，z₂表示略低于边界层的参考高度，u_*表示摩擦风速，κ表示常数；

所述摩擦风速u_*具体为：

其中，u_x表示高度x处的风速，z_x表示高度为x的值，z_0m表示地表植被粗糙度；

所述T₁-T₂具体为：

dT＝a·T_s+b

其中，dT表示T₁-T₂的值，a和b均为中间参数，R_n干、G_干、r_a干、T_s干和ρ_干分别表示在草原灌溉地遥感图像上选定的干点对应像元点的地表净辐射量、土壤热通量、空气动力学阻抗、地表温度和空气密度，R_n湿、G_湿、r_a湿、T_s湿和ρ_湿分别表示在草原灌溉地遥感图像上选定的湿点对应像元点的地表净辐射量、土壤热通量、空气动力学阻抗、地表温度和空气密度，β_湿＝H/LE，β_湿表示湿点波文比。

8.根据权利要求7所述的草原灌溉地水资源消耗量的计算方法，其特征在于，所述步骤S5中草原灌溉地水资源消耗量GW具体为：

GW＝ET'-P_a

其中，ET'表示草原灌溉地作物生长季的区域蒸散发值。

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