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無人機(jī)渦動系統(tǒng)在區(qū)域蒸散率觀測研究中的應(yīng)用

來源:康寶智信測量技術(shù)(北京)有限公司   2022年04月02日 16:34  

原文<Observation of the winter regional evaporative fraction using a UAV-based eddy covariance system over wetland area> 發(fā)表于 2021年8月 Agricultural and Forest Meteorology

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非均一下墊面區(qū)域蒸發(fā)率(Evaporative Fraction, EF)的準(zhǔn)確觀測對于復(fù)雜區(qū)域的地表能量平衡建模和衛(wèi)星蒸散量的地面驗證等至關(guān)重要。然而,由于地面觀測站點的稀疏分布以及空間代表性的不足,導(dǎo)致區(qū)域蒸發(fā)率(EF)的觀測往往缺乏可靠的數(shù)據(jù)。

本文由中國環(huán)境科學(xué)研究院孫義博等利用無人機(jī)搭載通量觀測設(shè)備(EC150, Campbell Scientific)于2020年12月在江蘇省鹽城市沿海濕地上空(距離地面約90 -100 m)進(jìn)行觀測,其中包括7次與地面通量觀測(IRGASON, Campbell Scientific)的對比飛行和4次區(qū)域EF過程研究飛行。

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圖1 通量觀測設(shè)備在無人機(jī)上的分布情況


研究結(jié)果表明無人機(jī)通量觀測系統(tǒng)能夠提供可靠的區(qū)域EF觀測數(shù)據(jù)。如下:

第一,無人機(jī)觀測的感熱通量(H)和潛熱通量(LE)與地面通量觀測值較一致:其中,感熱通量的R2為0.84,RMSE為15.7W/m2,偏差為50.7W/m2;潛熱通量的R2為0.77,RMSE為13.1W/m2,偏差為-3.67W/m2.

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圖4  7次對比飛行中(COM1-COM7)機(jī)載通量數(shù)據(jù)的協(xié)譜分析


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圖6. 機(jī)載通量和地面通量的感熱(a)、潛熱(b)和摩擦風(fēng)速(c)的比較


第二,從4次區(qū)域飛行中獲得了53個通量觀測數(shù)據(jù),結(jié)合源區(qū)模型和高分辨率地面覆蓋類型,確定通量貢獻(xiàn)的源區(qū)范圍以及源區(qū)范圍內(nèi)不同地表覆蓋類型的累計權(quán)重。

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圖9. 研究區(qū)域內(nèi)主要土壤覆蓋類別感熱和潛熱通量的分解情況


第三,使用多元線性回歸模型將機(jī)載通量分解為特定地表覆蓋類型的組分通量,并解析每個地表覆蓋類型的EF值。結(jié)果顯示農(nóng)田的EF最高(0.69±0.11),其次是互花米草(0.3±0.11)和蘆葦(0.27±0.09)。

最后,無人機(jī)觀測的蘆葦?shù)氐腅F值與地面通量觀測值進(jìn)行了比較,相對誤差僅為2.9%。

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