不同土地覆被對區(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)，用簡化的遙感-能量平衡模型進行區(qū)域?qū)嶋H蒸散量的估算。以美國俄克拉荷馬州為研究區(qū)域，探討了不同植被覆蓋對區(qū)域?qū)嶋H蒸散量的影響，對不同植被類型的月蒸散量和年總蒸散量進行分析。結(jié)果表明，無論月蒸散量還是年總蒸散量林地均大于草地，即林地對水分的消耗大于草地；而對于不同林分而言，年總蒸散量常綠林最高，落葉林次之，混交林最低；對不同城市綠地而言，俄克拉荷馬的草地和雪松月蒸散量動態(tài)變化仍為單峰型曲線，7月份達到最大值，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

中圖分類號S127文獻標識碼A文章編號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)域蒸散量的大小會影響土地利用土地覆被變化，同樣，土地利用土地覆蓋類型又可以控制區(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、自然地理條件等因素影響，還與下墊面土地利用/覆被類型、作物種類、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內(nèi)容。分析不同土地利用覆被的實際蒸散量。研究結(jié)果有利于分析人類活動水量平衡的影響，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)用于我國尤其是對于黃土高原地區(qū)。

1數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1研究區(qū)概況

試驗區(qū)位于美國俄克拉荷馬州，地理坐標為94.4°～103.0°W、33.6°～37.0° N。該區(qū)位于美國中南部，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)，很多水分通過蒸散發(fā)散失到到達大氣中。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來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)由美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）提供，所選用的Landsat的影像為path 028 row 035，過境時間為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站點提供。

1.3研究方法

采用簡化的地表能量平衡方程（Simplified Surface Energy Balance，SSEB）計算實際蒸散量。蒸散量估算用近地表溫差，通過選取研究區(qū)域“Cold”點和“Hot”點?！癈old”點是指影像中、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，該點的蒸散量與潛在蒸散量相等；“Hot”點是指位于非常干燥的沒有種植任何植被的閑置農(nóng)田的像元，該點被認為蒸散量是零。其他像元的地表溫度將在熱點和冷點之間[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）來計算實際蒸散量。

2結(jié)果與分析

森林植被對陸地生態(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個主要類型。落葉林因冬季落葉，夏季綠葉，所以又被稱圍“夏綠林”。

從圖1可以看出，研究區(qū)不同植被月蒸散量的動態(tài)變化曲線為單峰型曲線，4～5月開始進入生長季，ET逐漸升高；6～8月為植被的生長旺盛期，ET達到最高值；9月份ET均逐漸下降；12～2月ET達到最低值。從圖1可以看出無論月蒸散量還是年總蒸散量林地均大于草地，即林地對水分的消耗大于草地；而對于不同林分而言，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，甚至高于常綠林?？偟膩碇v，混交林的蒸散耗水量最少。據(jù)研究，接受的凈輻射量、生物量和氣孔導度是決定植被蒸騰作用強弱的關(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態(tài)變化曲線仍為單峰型曲線，且在1月份最小，7月份達到峰值，草地和雪松的分布趨勢基本一致。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

對于不同植被類型的月蒸散量和年總蒸散量進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論月蒸散量還是年總蒸散量林地均大于草地，即林地對水分的消耗大于草地；而對于不同林分而言，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，甚至高于常綠林。總的來講，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。

對不同城市綠地而言，俄克拉荷馬的草地和雪松月蒸散量動態(tài)變化仍為單峰型曲線，7月份達到最大值，1月份最??； 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。這不僅導致土壤水分大量損失，而且會使土壤質(zhì)量惡化，變得不適應(yīng)植物生長，也導致濕地鹽堿化，干燥地區(qū)土壤沙化。

42卷36期劉文娟等不同土地覆被對區(qū)域蒸散的影響

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