CN113792252A - 一种有云天的日尺度蒸散发估算方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有云天的日尺度蒸散发估算方法及系统，方法包括：获取有云条件下的前一个晴天的土壤可利用水分和前一个晴天的日尺度地表蒸散发，并确定土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系；根据前一个晴天的土壤可利用水分和前一个晴天的日尺度地表蒸散发计算有云条件下的土壤可利用水分，并确定有云条件下的土壤水可利用率；根据土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系和有云条件下的土壤水可利用率，得到有云条件下的潜在蒸发比；基于潜在蒸发比的计算公式，根据有云条件下的潜在蒸发比，得到有云条件下的日尺度蒸散发。本发明通过将土壤含水量作为关联有云条件下和晴天条件下的因子，从而能够有效获得有云条件下的日尺度蒸散发数据。

Description

一种有云天的日尺度蒸散发估算方法及系统
技术领域
本发明涉及蒸散发估算技术领域，特别是涉及一种有云天的日尺度蒸散发估算方法及系统。
背景技术
蒸散发(evapotranspiration，ET)是地表水循环和能量循环的重要组成部分，也是陆面过程研究的关键参数，对水文学、气象学、农学、地学等学科的研究都有重要意义。卫星遥感技术的发展使得获取大尺度非均匀下垫面的地表蒸散发成为可能。尤其是利用热红外遥感数据，基于能量平衡原理已发展了一系列地表蒸散发遥感估算模型。然而，热红外遥感容易受到云的影响，使得在有云条件下利用热红外遥感数据进行地表蒸散发估算存在较大困难。虽然目前已经发展了部分有云条件下的日尺度蒸散发估算方法，但是这些方法基本基于有云条件前后两个或多个晴天的时间尺度扩展因子(该因子在晴天条件下被假定保持不变)的插值得到有云条件下的尺度扩展因子，而该因子并不能反映有云条件下的信息。因此，如何进行有云条件下日尺度蒸散发估算一直以来是一个难题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种有云天的日尺度蒸散发估算方法及系统，能够有效获得有云条件下的日尺度蒸散发数据。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种有云天的日尺度蒸散发估算方法，包括：
获取有云条件下的前一个晴天的土壤可利用水分和前一个晴天的日尺度地表蒸散发，并确定土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系；
根据所述前一个晴天的土壤可利用水分和所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发计算有云条件下的土壤可利用水分，并确定有云条件下的土壤水可利用率；
根据所述土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系和所述有云条件下的土壤水可利用率，得到有云条件下的潜在蒸发比；
基于潜在蒸发比的计算公式，根据所述有云条件下的潜在蒸发比，得到有云条件下的日尺度蒸散发。
优选地，所述有云条件为卫星过境时刻的遥感影像中存在云的条件。
优选地，所述根据所述前一个晴天的土壤可利用水分和所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发估算有云条件下的土壤可利用水分的公式为：AWcloud＝AWclear－ETclear；
其中，AWcloud为所述有云条件下的土壤可利用水分；AWclear为所述前一个晴天的土壤可利用水分；所述ETclear为所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发。
优选地，所述确定有云条件下的土壤水可利用率的公式为：
Figure BDA0003262178870000021
其中，fAW,cloud为所述有云条件下的土壤水可利用率；AWcloud为所述有云条件下的土壤可利用水分；AWC为土壤水容量，单位为cm3/cm3；θ为土壤体积含水量，单位为cm3/cm3；θwp为萎蔫点含水量，单位为cm3/cm3；θfc为田间持水量，单位为cm3/cm3。
优选地，所述根据所述土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系和所述有云条件下的土壤水可利用率，得到有云条件下的潜在蒸发比的公式为：
RPET,cloud＝f-1(fAW,cloud)
其中，RPET,cloud为所述有云条件下的潜在蒸发比，f为所述土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系，fAW,cloud为所述有云条件下的土壤水可利用率。
优选地，所述根据所述有云条件下的潜在蒸发比，得到有云条件下的日尺度蒸散发的公式为：
ETcloud＝PETcloud*RPET,cloud
其中，ETcloud为所述有云条件下的日尺度蒸散发；PETcloud为所述有云条件下的日尺度潜在蒸散发；RPET,cloud为所述有云条件下的潜在蒸发比。
优选地，所述潜在蒸散发的计算公式为：
Figure BDA0003262178870000031
其中，α为PT公式系数，取值为1.26；Δ为饱和水汽压曲线斜率，单位为kPa/℃；Rn为地表净辐射，单位为W/m2；为干湿球常数，单位为kPa/℃；rc为表面阻抗，单位为s/m。
一种有云天的日尺度蒸散发估算系统，包括：
获取模块，用于获取有云条件下的前一个晴天的土壤可利用水分和前一个晴天的日尺度地表蒸散发，并确定土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系；
第一计算模块，用于根据所述前一个晴天的土壤可利用水分和所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发计算有云条件下的土壤可利用水分，并确定有云条件下的土壤水可利用率；
第二计算模块，用于根据所述土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系和所述有云条件下的土壤水可利用率，得到有云条件下的潜在蒸发比；
结果确定模块，用于基于潜在蒸发比的计算公式，根据所述有云条件下的潜在蒸发比，得到有云条件下的日尺度蒸散发。
优选地，所述有云条件为卫星过境时刻的遥感影像中存在云的条件。
优选地，所述第一计算模块的公式包括：AWcloud＝AWclear－ETclear；
其中，AWcloud为所述有云条件下的土壤可利用水分；AWclear为所述前一个晴天的土壤可利用水分；所述ETclear为所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种有云天的日尺度蒸散发估算方法及系统，所述方法包括：获取有云条件下的前一个晴天的土壤可利用水分和前一个晴天的日尺度地表蒸散发，并确定土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系；根据所述前一个晴天的土壤可利用水分和所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发计算有云条件下的土壤可利用水分，并确定有云条件下的土壤水可利用率；根据所述土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系和所述有云条件下的土壤水可利用率，得到有云条件下的潜在蒸发比；基于潜在蒸发比的计算公式，根据所述有云条件下的潜在蒸发比，得到有云条件下的日尺度蒸散发。本发明考虑到土壤含水量的变化受云影响较小，可通过将土壤含水量作为关联有云条件下和晴天条件下的因子，从而能够有效获得有云条件下的日尺度蒸散发数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的实施例中的方法流程图；
图2为本发明提供的实施例中的系统模块连接图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种有云天的日尺度蒸散发估算方法及系统，能够有效获得有云条件下的日尺度蒸散发数据。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的实施例中的方法流程图，如图1所示，本实施例提供了一种有云天的日尺度蒸散发估算方法，包括：
步骤100：获取有云条件下的前一个晴天的土壤可利用水分和前一个晴天的日尺度地表蒸散发，并确定土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系；
步骤200：根据所述前一个晴天的土壤可利用水分和所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发计算有云条件下的土壤可利用水分，并确定有云条件下的土壤水可利用率；
步骤300：根据所述土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系和所述有云条件下的土壤水可利用率，得到有云条件下的潜在蒸发比；
步骤400：基于潜在蒸发比的计算公式，根据所述有云条件下的潜在蒸发比，得到有云条件下的日尺度蒸散发。
优选地，所述有云条件为卫星过境时刻的遥感影像中存在云的条件。
具体的，所述步骤100中还确定了所述土壤水可利用率(FAW)与潜在蒸发比(RPET)的关系f，具体为RPET＝f(FAW)。
优选地，所述步骤200的公式为：AWcloud＝AWclear－ETclear；
其中，AWcloud为所述有云条件下的土壤可利用水分；AWclear为所述前一个晴天的土壤可利用水分；所述ETclear为所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发。
具体的，步骤200是基于步骤100中的有云条件前一个晴天的土壤可利用水分(AWclear)和日尺度地表蒸散发(ETclear)估算得到有云条件下的土壤可利用水分(AWcloud)，进而得到土壤水可利用率(fAW,cloud)。
优选地，所述步骤200中确定有云条件下的土壤水可利用率的公式为：
Figure BDA0003262178870000051
其中，fAW,cloud为所述有云条件下的土壤水可利用率；AWcloud为所述有云条件下的土壤可利用水分；AWC为土壤水容量，单位为cm3/cm3；θ为土壤体积含水量，单位为cm3/cm3；θwp为萎蔫点含水量，单位为cm3/cm3；θfc为田间持水量，单位为cm3/cm3。
优选地，所述步骤300的公式为：
RPET,cloud＝f-1(fAW,cloud)
其中，RPET,cloud为所述有云条件下的潜在蒸发比，f为所述土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系，fAW,cloud为所述有云条件下的土壤水可利用率。
进一步地，基于步骤100土壤水可利用率与潜在蒸发比的函数关系f，得到有云条件下的潜在蒸发比(RPET,cloud)
优选地，所述根据所述有云条件下的潜在蒸发比，得到有云条件下的日尺度蒸散发的公式为：
ETcloud＝PETcloud*RPET,cloud
其中，ETcloud为所述有云条件下的日尺度蒸散发；PETcloud为所述有云条件下的日尺度潜在蒸散发；RPET,cloud为所述有云条件下的潜在蒸发比。
优选地，所述潜在蒸散发的计算公式为：
Figure BDA0003262178870000061
其中，α为PT公式系数，取值为1.26；Δ为饱和水汽压曲线斜率，单位为kPa/℃；Rn为地表净辐射，单位为W/m2；为干湿球常数，单位为kPa/℃；rc为表面阻抗，单位为s/m。
图2为本发明提供的实施例中的系统模块连接图，如图2所示，本实施例中还提供了一种有云天的日尺度蒸散发估算系统，包括：
获取模块，用于获取有云条件下的前一个晴天的土壤可利用水分和前一个晴天的日尺度地表蒸散发，并确定土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系；
第一计算模块，用于根据所述前一个晴天的土壤可利用水分和所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发计算有云条件下的土壤可利用水分，并确定有云条件下的土壤水可利用率；
第二计算模块，用于根据所述土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系和所述有云条件下的土壤水可利用率，得到有云条件下的潜在蒸发比；
结果确定模块，用于基于潜在蒸发比的计算公式，根据所述有云条件下的潜在蒸发比，得到有云条件下的日尺度蒸散发。
优选地，所述有云条件为卫星过境时刻的遥感影像中存在云的条件。
优选地，所述第一计算模块的公式包括：AWcloud＝AWclear－ETclear；
其中，AWcloud为所述有云条件下的土壤可利用水分；AWclear为所述前一个晴天的土壤可利用水分；所述ETclear为所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发。
本发明的有益效果如下：
本发明考虑到土壤含水量的变化受云影响较小，可通过将土壤含水量作为关联有云条件下和晴天条件下的因子，从而能够有效获得有云条件下的日尺度蒸散发数据。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种有云天的日尺度蒸散发估算方法，其特征在于，包括：
获取有云条件下的前一个晴天的土壤可利用水分和前一个晴天的日尺度地表蒸散发，并确定土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系；
根据所述前一个晴天的土壤可利用水分和所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发计算有云条件下的土壤可利用水分，并确定有云条件下的土壤水可利用率；
根据所述土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系和所述有云条件下的土壤水可利用率，得到有云条件下的潜在蒸发比；
基于潜在蒸发比的计算公式，根据所述有云条件下的潜在蒸发比，得到有云条件下的日尺度蒸散发。
2.根据权利要求1所述的有云天的日尺度蒸散发估算方法，其特征在于，所述有云条件为卫星过境时刻的遥感影像中存在云的条件。
3.根据权利要求1所述的有云天的日尺度蒸散发估算方法，其特征在于，所述根据所述前一个晴天的土壤可利用水分和所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发估算有云条件下的土壤可利用水分的公式为：AWcloud＝AWclear－ETclear；
其中，AWcloud为所述有云条件下的土壤可利用水分；AWclear为所述前一个晴天的土壤可利用水分；所述ETclear为所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发。
4.根据权利要求1所述的有云天的日尺度蒸散发估算方法，其特征在于，所述确定有云条件下的土壤水可利用率的公式为：
Figure FDA0003262178860000011
其中，fAW,cloud为所述有云条件下的土壤水可利用率；AWcloud为所述有云条件下的土壤可利用水分；AWC为土壤水容量，单位为cm3/cm3；θ为土壤体积含水量，单位为cm3/cm3；θwp为萎蔫点含水量，单位为cm3/cm3；θfc为田间持水量，单位为cm3/cm3。
5.根据权利要求1所述的有云天的日尺度蒸散发估算方法，其特征在于，所述根据所述土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系和所述有云条件下的土壤水可利用率，得到有云条件下的潜在蒸发比的公式为：
RPET,cloud＝f-1(fAW,cloud)
其中，RPET,cloud为所述有云条件下的潜在蒸发比，f为所述土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系，fAW,cloud为所述有云条件下的土壤水可利用率。
6.根据权利要求1所述的有云天的日尺度蒸散发估算方法，其特征在于，所述根据所述有云条件下的潜在蒸发比，得到有云条件下的日尺度蒸散发的公式为：
ETcloud＝PETcloud*RPET,cloud
其中，ETcloud为所述有云条件下的日尺度蒸散发；PETcloud为所述有云条件下的日尺度潜在蒸散发；RPET,cloud为所述有云条件下的潜在蒸发比。
7.根据权利要求1所述的有云天的日尺度蒸散发估算方法，其特征在于，所述潜在蒸散发的计算公式为：
Figure FDA0003262178860000021
其中，α为PT公式系数，取值为1.26；Δ为饱和水汽压曲线斜率，单位为kPa/℃；Rn为地表净辐射，单位为W/m2；为干湿球常数，单位为kPa/℃；rc为表面阻抗，单位为s/m。
8.一种有云天的日尺度蒸散发估算系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取有云条件下的前一个晴天的土壤可利用水分和前一个晴天的日尺度地表蒸散发，并确定土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系；
第一计算模块，用于根据所述前一个晴天的土壤可利用水分和所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发计算有云条件下的土壤可利用水分，并确定有云条件下的土壤水可利用率；
第二计算模块，用于根据所述土壤水可利用率与潜在蒸发比的关系和所述有云条件下的土壤水可利用率，得到有云条件下的潜在蒸发比；
结果确定模块，用于基于潜在蒸发比的计算公式，根据所述有云条件下的潜在蒸发比，得到有云条件下的日尺度蒸散发。
9.根据权利要求8所述的有云天的日尺度蒸散发估算系统，其特征在于，所述有云条件为卫星过境时刻的遥感影像中存在云的条件。
10.根据权利要求8所述的有云天的日尺度蒸散发估算系统，其特征在于，所述第一计算模块的公式包括：AWcloud＝AWclear－ETclear；
其中，AWcloud为所述有云条件下的土壤可利用水分；AWclear为所述前一个晴天的土壤可利用水分；所述ETclear为所述前一个晴天的日尺度地表蒸散发。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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