国土资源遥感杂志, 2020, 32(1): 200-208 doi: 10.6046/gtzyyg.2020.01.27

技术应用

多伦县草原植被覆盖与蒸散量时空变化及其关系

程宇琪1, 王雨晴1, 孙静萍2, 张成福,1

1. 内蒙古农业大学沙漠治理学院,呼和浩特 010011

2. 内蒙古环境监测中心站,呼和浩特 010010

Temporal and spatial variation of evapotranspiration and grassland vegetation cover in Duolun County, Inner Mongolia

CHENG Yuqi1, WANG Yuqing1, SUN Jingping2, ZHANG Chengfu,1

1. College of Desert Control Science and Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010011, China

2. Inner Mongolia Environmental Monitoring Center Station, Hohhot 010010, China

通讯作者: 张成福(1966-),男,教授,研究方向为水土保持。Email:2651534893@qq.com。

责任编辑: 张 仙

收稿日期: 2019-01-4   修回日期: 2019-03-26   网络出版日期: 2020-03-15

基金资助: 内蒙古农业大学人才引进基金项目“内蒙古农业大学引进人才科研启动项目”.  编号: YJ2014-1
国家自然科学基金项目“中阿土地退化/荒漠化与生态系统修复双边研讨会”.  编号: RZ1900003711

Received: 2019-01-4   Revised: 2019-03-26   Online: 2020-03-15

作者简介 About authors

程宇琪(1994-),女,硕士研究生,研究方向为水土保持与荒漠化防治。Email:851932417@qq.com。 。

摘要

研究内蒙古退化草地的蒸散变化,有利于了解该地区退化草地生态系统水循环,并对该地区草地的水资源合理利用提供重要依据。本研究以内蒙古多伦县为研究对象,利用2001—2017年间生长茂盛期的MODIS数据反演了近17 a该区域植被覆盖度及其日蒸散量的空间分布和变化规律,分析了土地利用和草地退化对蒸散量的影响。结果表明: ①不同土地利用类型的植被覆盖度从大到小的顺序为: 林地>农田>居民建设用地>草地>未利用地>水域,不同土地利用类型的日蒸散量从大到小的顺序为: 水域>林地>农田>居民建设用地>草地>未利用地; ②2001—2017年间多伦县草地类型以第Ⅲ和Ⅳ等级的草地为主,低等级草地面积有下降的趋势,而优质草地面积有上升的趋势,说明该地区对草原的保护性措施有一定的成效; ③2001—2017年间,各等级草地日蒸散量总体无明显变化趋势。除个别年份外,植被覆盖度与日蒸散量呈现一致的年际波动; ④综合植被覆盖度与日蒸散量的时空分布格局,分析得出植被覆盖与日蒸散量具有一定的正相关性。

关键词： MODIS ; 草地等级 ; 植被覆盖度 ; SEBAL模型 ; 日蒸散量

Abstract

Studying the changes of evapotranspiration of degraded grassland in Inner Mongolia is conducive to understanding the water cycle of the degraded grassland ecosystem in this region and provides an important basis for the rational use of grassland water resources in this region. In this study, Duolun County in Inner Mongolia was taken as the research object. MODIS data during the flourishing period from 2001 to 2017 were used to invert the spatial distribution and variation of vegetation coverage and daily evapotranspiration in this region for nearly 17 years, and the effects of land use and grassland degradation on evapotranspiration were analyzed. Some conclusions have been reached: ① The order of vegetation coverage of different land use types is forest land >farmland>residential construction land>grassland>unused land>water area; the order of daily evapotranspiration of different land use types is water area>forest land>farmland >residential construction land>grassland>unused land. ② From 2001 to 2017, the grassland types in Duolun County are mainly of the III and IV grades; the area of low-grade grassland has a downward trend, while the area of high-quality grassland has an upward trend, which indicates that the protective measures for grassland in this area achieved certain results. ③ During 2001-2017, there was no obvious change trend in the daily evapotranspiration of all grassland grades; except for a few years, vegetation coverage and daily evapotranspiration showed consistent interannual fluctuations. ④ According to the spatial and temporal distribution pattern of vegetation coverage and daily evapotranspiration, it is concluded that there is a positive correlation between vegetation coverage and daily evapotranspiration.

Keywords： MODIS ; grassland grade ; vegetation coverage ; SEBEL model ; daily evapotranspiration

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本文引用格式

程宇琪, 王雨晴, 孙静萍, 张成福. 多伦县草原植被覆盖与蒸散量时空变化及其关系. 国土资源遥感杂志[J], 2020, 32(1): 200-208 doi:10.6046/gtzyyg.2020.01.27

CHENG Yuqi, WANG Yuqing, SUN Jingping, ZHANG Chengfu. Temporal and spatial variation of evapotranspiration and grassland vegetation cover in Duolun County, Inner Mongolia. REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES[J], 2020, 32(1): 200-208 doi:10.6046/gtzyyg.2020.01.27

0 引言

内蒙古草原总面积达7 880万hm2,占国土总面积的1/8,是我国重要的天然生态屏障,也是我国重要的农牧业生产基地[1]。内蒙古草原大部分处于干旱、半干旱的农牧交错带,是对气候变化最敏感的地区之一[2]。内蒙古草原保护了当地的生态环境,也对当地居民生存和发展起着重要作用,并且对我国乃至全球的生态环境具有重要影响。自20世纪50年代起,由于过度放牧、农田开垦等人为因素及气候变化因素的影响,内蒙古草原面积大幅度下降,生态系统遭到严重破坏,这不仅引起水土流失、土地荒漠化、沙尘暴等一系列环境问题,更对当地人民的生活与社会发展产生了严重影响[3,4]。自2000年开始,随着国家退耕还草、退牧还草等治理措施的实施,部分地区草原得到明显恢复。但草原恢复是一个长期的、复杂的生态过程,因此内蒙古草原退化问题依然受到国内研究学者的广泛关注[5,6]。草地退化监测分为地面监测和遥感监测2种,而遥感监测具有调查范围广、速度快、成本低及节省人力的优点,已成为草地退化监测的主要手段。遥感监测中依据植被覆盖度变化制定草地变化分级指标较为常见,且常以草地植被覆盖度的变化代表草地退化[3,7-10]。

蒸散包括植被气孔蒸腾及植被表面和土壤蒸发等部分。全球约70%的地表降水通过蒸散返回大气,在干旱半干旱地区这一比例更高,在水循环过程中发挥着重要作用[11,12]。蒸散不仅是陆地生态系统的用水需求,也是水资源管理的重要基础。蒸散是草地生态系统水分收支的基础[13],也是科学合理制定草原生态系统恢复措施的基础。植被蒸散的计算可分为地面测量、遥感测算和生态水文模型估算等方法。近年来,利用遥感方法对蒸散进行估算是一个研究热点[14]。在此期间,已有多个估算区域实际蒸散量的模型,其中基于地表能量平衡方程(surface energy balance algorithm for land,SEBAL)模型被众多研究案例证明是有效和实用的,在国内外得到了广泛的应用[15,16,17,18,19,20,21]。

目前对内蒙古草原的动态监测研究多集中在土壤、气候、生长状况等方面,而针对草原生态系统从破坏到重建的过程中,植被变化及日蒸散量的时空格局演变规律的研究几乎处于空白。为此,本文以内蒙古自治区多伦县为例,基于2001—2017年间MODIS数据及气象数据,分别利用植被覆盖度与SEBAL模型对草地植被变化和日蒸散量的时空变化特征进行分析,探讨草地植被变化与日蒸散量的联系,以期为多伦县草原退化草原的恢复与重建、水资源合理分配利用提供科学数据。

1 研究区概况及数据源

1.1 研究区概况

多伦县位于内蒙古自治区锡林郭勒盟东南部(E115°54'~116°55',N41°46'~42°39'),地处浑善达克沙地东南缘,阴山山脉北麓,总体地貌为南部高,北部低(图1)[22]。该区域属于典型大陆性季风气候,春季多大风(最大风速可达24 m/s),夏季时间短,冬季漫长。多年平均气温为2.9 ℃,多年平均降水量为385 mm,年潜在蒸发量为1 748 mm。土壤主要以栗钙土、风沙土和草甸土为主。天然植被类型主要有典型草原、草甸草原、沙地灌丛等。全年植被覆盖时间短,是典型的农牧交错区,也是沙漠化严重的地区之一[23]。

图1

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图1   研究区地理位置及概况

Fig.1   Geographical location and general situation of the study area


1.2 数据源及其预处理

遥感数据下载自美国国家航空航天局网站Terra卫星提供的MODIS数据产品,分别为MOD09A1,MOD11A2,MOD13A1,Tile编号为h26v04数据。MOD09A1为空间分辨率500 m的8 d合成的地表反射产品; MOD11A2为空间分辨率1 000 m的8 d合成的地表温度和辐射率产品; MOD13A1为空间分辨率500 m的16 d合成的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)。为比较不同年际间植被的变化,选择每年植被生长最茂盛的8月15日至8月29日MODIS影像。利用ENVI5.2软件将MOD09A1,MOD11A2和MOD13A1数据统一转换为WGS-1984投影,并进行融合、裁剪等预处理。

气象数据下载自中国气象数据网,包括多伦县气象站及周边的10个气象站。在ArcGIS软件中,采用反距离权重法对气象数据进行插值,得到整个研究区的栅格气象数据。

数字高程模型(digital elevation model, DEM)来源于地理空间数据云网站,数据格式为ERDAS IMAGINE,空间分辨率为90 m。在ArcGIS软件中,对所获得DEM图像进行拼接、校正,并统一转换成WGS1984_UTM_Zone_50N投影(图1)。

土地利用数据来源于内蒙古师范大学的内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室,数据格式为GRID,分辨率为1∶10万。以2010年土地利用类型图为例,利用ArcGIS软件中Reclassify工具对多伦县各土地利用类型进行分类(图2(a)),分为草地、耕地、林地、居民建设用地、未利用地和水域6类。经统计,各类面积分别占研究区总面积的55%,27%,14%,2%,1%和1%(图2(b)); 各土地利用类型中,草地面积占比最大,其次为耕地。

图2

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图2   研究区土地利用类型及各土地利用类型面积比

Fig.2   Land use types and area ratio of land use types in the study area


2 研究方法

2.1 植被覆盖度

在植被覆盖度遥感监测中,通常利用植被覆盖度与NDVI之间的关系估算区域植被覆盖度[3,9],计算公式为

FVC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin) ,

式中: FVC为植被覆盖度; NDVImax和NDVImin分别为研究区2001—2017年间整个生长季植被NDVI最大值和最小值。

2.2 草地植被等级划分

本文在“天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标(GB19377—2003)”国家标准的基础上,参考相关研究成果[24,25,26],将研究区草地分为5个级别(表1),其中Ⅰ级代表草地植被覆盖度最低,Ⅴ级代表草地植被覆盖度最高。

表1   多伦县草地等级划分标准

Tab.1  Classification of grassland classification in the study area from 2001 to 2017

草地
等级		草地等级划分方法
Ⅰ草地植被覆盖度达到草地最优植被覆盖度的20%以下
Ⅱ草地植被覆盖度达到草地最优植被覆盖度的20%~40%之间
Ⅲ草地植被覆盖度达到草地最优植被覆盖度的40%~60%之间
Ⅳ草地植被覆盖度达到草地最优植被覆盖度的60%~80%之间
Ⅴ草地植被覆盖度达到草地最优植被覆盖度的80%以上

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2.3 日蒸散量计算

本研究使用Bastiaanssen等[27]在1998年提出的SEBAL模型估算区域蒸散量。该模型以地表能量平衡为基础,SEBAL模型概念清晰,对气象资料要求少,通过MODIS遥感产品提取出NDVI、地表反照率、天顶角和地表温度等参数,结合地面气象数据中的风速、温度,计算出净辐射通量、感热通量、土壤热通量,最后利用能量平衡方程得出潜热通量,进而估算出区域的实际蒸散量[28]。SEBAL模型计算过程是复杂的循环递推过程,可以避免人为经验带来的误差。同时该模型可对不同的土地类型进行单独估算,也可对复杂地表的蒸散量进行估算。本文中模型各参数计算引用文献[29,30,31]。

2.4 Penman-Monteith公式

SEBAL模型估算的区域蒸散,是研究区草地及其他地表的实际蒸散,由于SEBAL模型是对研究区蒸散量的估算,为此需要进行精度检验,计算实际蒸散发时,参考蒸散量可反映研究区的潜在蒸散情况[29]。作物系数法是常见的SEBAL模型精度检验方式,主要是利用联合国粮农组织修正的Penman-Monteith公式计算得到参考作物日蒸散量(又称为潜在蒸散量),乘以作物系数得到实际蒸散量并与SEBAL模型估算的实际蒸散量进行对比。其中Penman-Monteith计算公式为

ET0= 0.408(Rn-G)+γ900T+273U2(es-ea)Δ+γ(1+0.34)U2,

式中: ET0为日参考作物的蒸散量,mm·d-1; Rn为参考地表作物表面的净辐射量,MJ·m-2·d-1; G为1 d内土壤热通量,MJ·m-2·d-1,由于估算日蒸散量以及月蒸散量时,G趋于0,而本文对日蒸散量进行估算,因此取G=0; γ为湿度表常数,KPa·℃-1; T为地表2 m高处的平均气温,℃; U2为地表2 m高处的平均风速,m·s-1; es和ea分别为饱和水汽压和实际水汽压,KPa; (es-ea)为2 m高处水气压差,KPa; Δ为饱和水气压曲线斜率,KPa·℃-1。

3 结果与讨论

3.1 研究区植被覆盖度及日蒸散量时空变化

图3显示了研究区2001—2017年间植被覆盖度空间分布和日蒸散量均值空间分布。整个研究区多年平均植被覆盖度介于0.05~0.95之间,平均日蒸散量介于1.75~6.28 mm之间。研究区植被覆盖度总体呈现由西南向东北逐渐递减趋势。植被覆盖度高值区集中在林地区域,低值区主要分布于北部沙地及水体周围地区; 日蒸散量高值区主要集中在林地、湿润草地及农田地区,而低值区主要分布在北部沙地及河湖泥沙堆积的滩涂地区。除湿润草地外,其他植被类型的日蒸散量分布与植被覆盖度分布在空间上呈现一致性。

图3

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图3   2001—2017年间研究区植被覆盖度和日蒸散量均值空间分布

Fig.3   Spatial distribution of vegetation coverage and average daily evapotranspiration in the study area from 2001 to 2017


图4显示了不同土地利用类型的多年平均覆盖度和多年平均日蒸散量。研究区植被覆盖度平均值为0.62,日平均蒸散量为3.88 mm。不同土地利用类型的植被覆盖度从大到小的顺序为林地(0.69)>农田(0.65)>居民建设用地(0.62)>草地(0.61)>未利用地(0.60)>水域(0.50); 不同土地利用类型的日蒸散量从大到小的顺序为水域(4.78 mm)>林地(4.19 mm)>农田(3.99 mm)>居民建设用地(3.97 mm)>草地(3.82 mm)>未利用地(3.80 mm)。

图4

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图4   2001—2017年间研究区不同土地利用类型平均植被覆盖度及平均日蒸散量变化

Fig.4   Changes in average vegetation coverage and average daily evapotranspiration of different land use types in the study area from 2001 to 2017


以上结果可以看出,水域的植被覆盖度最低,日蒸散量最高。虽然水域植被覆盖度最低,但水域含有沼泽湿地植被,并且生长茂盛,这导致水域与林地、农田的植被覆盖度相差较小。而水域水分充足,导致日蒸散量值较大。与水域相比,林地虽然植被覆盖度高,但由于林地土壤湿度较水域低,导致林地日蒸散量较水域低。农田处于作物生长期间,植被覆盖较高,日蒸散量也较高。居民建设用地分布有树木、草坪等,植被覆盖度较高,故具有较高日蒸散量。草地虽然尚处在植被生长旺盛期,但由于与其他植被类型相比植被覆盖度较低,导致日蒸散量也较小。裸土、沙地等未利用地基本无植被覆盖,其日蒸散量较弱。此外,余弘婧等[30]基于SEBAL模型,利用Landsat TM遥感影像对2005年8月17日锡林浩特市蒸散量估算得出水体和高、中等覆盖的草地明显高于建筑工矿、裸地和盐碱地沙地的蒸散量; 范建忠等[31]通过不包括水体、城市等无植被覆盖区域的MOD16遥感产品对2000—2013年间陕西省蒸散量时空分布特征进行分析得出除聚落、水体外,各种土地覆盖类型的年均蒸散量由大到小顺序依次为林地>草地>农田>荒漠; 蔺文静等[32]基于MODIS遥感影像,利用SEBAL模型对2004年11月17日河北平原区域蒸发蒸腾遥感进行估算分析得出,日蒸散量由大到小顺序依次为水域>森林>草地>城市>农田>裸土。这些相似区域的部分研究结果与本文结果矛盾,其原因一方面是以上文献与本文的选取月份不同,而不同月份各土地利用类型的蒸散发存在较大差异; 另一方面是有研究认为居民建设用地无植被覆盖,因此对不同土地利用类型下蒸散量的研究时将居民建设用地排除后进行分析,但是居民建设用地拥有人工管理的绿化树木、草坪等,使得其具有较高蒸发潜力[32,33]。以上分析说明本文的研究结果是合理的。

3.2 研究区2001—2017年间草地及其日蒸散量动态变化

3.2.1 研究区草地等级空间分布和逐年动态变化

图5显示了研究区多年草地各等级空间分布格局图5(a)和及其地面积比图5(b)。由图5可见,Ⅰ级草地占草地总面积的比例非常小,接近0%; Ⅱ级草地占草地总面积约1%,主要分布在水体附近及北部沙地地区; Ⅲ级草地占草地总面积约47%,主要分布于北部和地势低凹的中部; Ⅳ级草地占总草地面积比例最大,为51%,主要分布在东北部; Ⅴ级草地占草地总面积约1%,主要分布在东南部。由此可见,研究区草地类型以第III和IV等级的草地为主,共占据草地总面积的98%。

图5

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图5   2001—2017年研究区各等级草地空间分布及各草地等级面积比

Fig.5   Spatial distribution of grasslands in different grades and area ratio of grasslands in the research area from 2001 to 2017


图6显示了不同等级草地面积在2001—2017年间每年面积的变化情况。由图6可见,研究区Ⅰ级草地在2008年、2013年和2015年面积最小,为0 km2,2011年面积最大,为1.75 km2; Ⅱ级草地在2004年面积最小(9.5 km2),2010年面积最大(540.3 km2); Ⅲ级草地2010年面积最小(103.5 km2),2009年面积最大(1 578.0 km2); Ⅳ级草地在2009年面积最小(342.5 km2),2008年面积最大(1 499.5 km2); Ⅴ级草地在2002年面积最小(11.0 km2),在2016年面积最大(190.3 km2)。所有等级草地面积随年份不同均呈现波动变化,其中Ⅰ—Ⅲ级草地面积呈下降趋势,而Ⅳ和Ⅴ级草地面积呈上升趋势。这表明,在2001—2017年间,低覆盖度草地面积下降,而优质草地面积上升的趋势,即草地总体发展趋势乐观。此外,李兴华等[34]对多伦县草地面积的变化及其成因的研究表明,2000年后人为治理使多伦县草地得到逐步恢复,这也与本文研究结果一致。

图6

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图6   2001—2017年研究区不同等级草地面积变化趋势

Fig.6   Change trend of grassland area of different grades in the research area from 2001 to 2017


3.2.2 研究区不同等级草地日蒸散发空间分布和动态变化

图7显示了研究区草地日蒸散量空间分布(图7(a))和各等级草地日蒸散量变化(图7(b))。由图7(a)可见,日蒸散量高值主要分布在西南部和东南部。这一分布格局与草地平均植被覆盖度的空间格局几乎一致。这些日蒸散量高值区与其位于地势较低地貌,土壤水分条件好、植被覆盖度高,故蒸散量也大。由图7(b)可见,Ⅰ—V级草地平均日蒸散量分别为5.33 mm,3.15 mm,3.73 mm,4.12 mm和4.45 mm。除Ⅰ级草地日蒸散量值最高外,随着草地等级的升高,日蒸散量也增大,表明了日蒸散量的大小与植被覆盖的高低具有一定的相关性。其中由于Ⅰ级草地零星分布于陆地与水域间的过渡带,该区域土壤水分充足,因此Ⅰ级草地虽然植被覆盖度低,但日蒸散量大。

图7

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图7   2001—2017年研究区草地日蒸散量空间分布及各等级草地日蒸散量变化

Fig.7   Spatial distribution of daily evapotranspiration of grassland in the study area from 2001 to 2017 and changes of daily evapotranspiration of grasslands of different grades


图8显示了不同等级草地日蒸散量在2001—2017年间每年的变化情况。由图8可见,Ⅰ级草地日蒸散量在2008年、2013年、2015年最小为0 mm,2010年最大为7.41 mm; Ⅱ级草地日蒸散量值2015年最小为1.15 mm,2004年最大为4.60 mm; Ⅲ级草地日蒸散量值2009年最小为2.56 mm,2014年最大为4.75 mm; Ⅳ级草地日蒸散量值2009年最小为3.14 mm,2004年最大为5.17 mm; Ⅴ级草地日蒸散量值2013年最小为3.55 mm,2004年最大为5.27 mm。随着年份的变化,各等级草地日蒸散量均呈现上下波动变化。除Ⅰ级草地日蒸散量有下降趋势外,其他等级的草地日蒸散量变化不明显。I级草地日蒸散量下降可能是该等级草地面积下降和地表土壤水分较低有关。其他等级草地日蒸散量变化不大与每个等级的草地在研究期内植被覆盖度和地表土壤水分总体无明显变化有关。

图8

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图8   2001—2017年研究区不同等级草地日蒸散量逐年变化趋势

Fig.8   Trend of daily evapotranspiration of different grades of grassland in the study area from 2001 to 2017


3.2.3 植被覆盖度与日蒸散量年际动态变化

图9显示了多伦县植被覆盖度及日蒸散量年际动态变化。由图可见,2001—2017年间植被覆盖度与日蒸散量均值都呈现逐渐上升趋势,除2002年,2012年,2013年和2014年出现日蒸散量与植被覆盖度变化不一致外,研究区整体的植被覆盖度与日蒸散量呈现出同步的年际波动。

图9

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图9   2001—2017年研究区植被覆盖度及日蒸散量年际动态变化

Fig.9   Interannual dynamics of vegetation coverage and daily evapotranspiration in the study area from 2001 to 2017


结合研究区2001—2017年间8月份降水量和降水日数变化(图10)进行分析,可以看出2002年8月份植被覆盖度较低,但降水量相比2001年8月份和2003年8月份的降水量高,故蒸散量较大。2012年8月份植被覆盖度高但降水极少,土壤水分不充足,导致蒸散量偏低的现象发生。2013年8月份降水量非常大,同时植被覆盖度较高,但2013年8月份持续降雨,导致空气湿度大,蒸散量低。而2014年8月份植被覆盖度虽然较2013年8月份的植被覆盖度低,但降雨量大,故蒸散散量大。以上分析解释了2002年、2012—2014年这4年蒸散量与植被覆盖度变化不一致的现象是由于降水导致的。降水使土壤含水量增加,蒸散量也随之增加,无降水时,土壤含水量下降,蒸散量也随之降低[12]。

图10

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图10   2001—2017年研究区8月份降水量和降水日数变化

Fig.10   Changes in august precipitation and precipitation days in the research area from 2001 to 2017


3.3 植被覆盖度及日蒸散量关系

利用2001—2017年研究区植被覆盖度和日蒸散量的17 a平均空间数据,分析植被覆盖度与蒸散量的相关关系。由图11可知,研究区日蒸散量随植被覆盖度的增加逐步增加,两者决策系数R2为0.69,同时经相关分析,两者相关系数为0.66(P<0.01),即植被覆盖高的区域也是日蒸散量的高值区域,这也与植被覆盖度和日蒸散量的空间分布相同,说明植被覆盖度是决定日蒸散量的重要因素。近年,闫俊杰等[15]对塔里木河干流的植被覆盖度与蒸散发时空变化及其关系中表明,植被覆盖度高的区域也是蒸散的高值区域,植被覆盖度是决定研究区蒸散空间分布的重要因素; 张巧凤等[35]对锡林郭勒草原近14 a的蒸散发时空动态进行分析表明,NDVI或植被覆盖度越大蒸散发越高,这些成果均与本文的研究结果一致。

图11

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图11   2001—2017年研究区植被覆盖度和日蒸散量的关系

Fig.11   Relationship between vegetation coverage and daily evapotranspiration in the study area from 2001 to 2017


3.4 SEBAL模型精度验证

由于研究区缺乏野外实测蒸散量数据,因此采用作物系数法进行SEBAL模型精度验证。选取多伦县2009年8月15日的气象站数据资料,通过Penman-Monteith公式计算得到的参考作物日蒸散量,乘以研究区生长期草地作物系数平均值0.38[36],计算得到草地实际蒸散量为2.25 mm,相对于SEBAL模型估算的草地实际蒸散量为2.64 mm,相对误差为17.3%,说明该模型估算结果是合理的。

4 结论

本文利用MODIS数据的NDVI对研究区草地进行等级划分,并基于SEBAL模型估算了研究区的日蒸散量,得出以下结论:

1)2001—2017年间不同土地利用类型的植被覆盖度从大到小的顺序为: 林地>农田>居民建设用地>草地>未利用地>水域; 不同土地利用类型的日蒸散量从大到小的顺序为: 水域>林地>农田>居民建设用地>草地>未利用地。

2)2001—2017年间多伦县草地类型以第III和IV等级的草地为主,低等级草地面积有下降的趋势,而优质草地面积有上升的趋势,说明该地区对草原的保护性措施有一定的成效。

3)SABEL模型适用于该研究区的蒸散发估算。2001—2017年间各等级草地蒸散量总体无明显变化趋势。除个别年份外,植被覆盖度与日蒸散量的年际波动呈现较发的一致性。对植被覆盖度与日蒸散量的时空分布格局的综合分析表明,二者具有一定的正相关性。

参考文献

刘起 .

内蒙古草地资源与生态环境

[J]. 内蒙古环境保护, 1998(2):16-18.

[本文引用: 1]

Liu Q .

Inner Mongolia grassland resurces and ecological-environment

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