蒸散作為地氣界面水熱碳循環的核心變量之一，其準確測算一直是水文氣象學的難點問題之一。傳統水文氣象學蒸散測算方法及遙感反演模型大多存在系數經驗性、參數化方案復雜不確定的問題。我校地理與遙感學院潘鑫副教授、楊英寶教授研究組，聯合中國科學院南京地理與湖泊研究所劉元波研究員團隊和英國萊斯特大學國家對地觀測中心Kevin Tansey教授團隊針對上述問題，近日開展科學研究，在蒸散測算及遙感反演方面取得系列研究成果。
團隊引入地表能量平衡理論和熱力學平衡理論，從哈密頓原理出發在原始非參數化蒸散測算方法（NP方法）的基礎上，分別發展了基于地表能量平衡理論的單源和雙源非參數化蒸散測算方法（SFE-NP方法和TS-NP方法），方法避免了傳統方法的阻抗參數化和系數經驗化帶來的不確定性，顯著改善了原始非參數化方法在干旱區的高估問題，在全球范圍的通量站點處驗證結果表明其精度可靠。
圖1 四種方法在全球通量站點處的蒸散測算精度泰勒圖（a. NP方法，b. SFE-NP方法，c. RH-PM方法，d. TS-NP方法）
團隊比較了輸入空間降尺度策略和輸出空間降尺度策略對蒸散遙感反演的影響，定量化揭示了以地表溫度為代表的模型輸入變量空間尺度轉換對蒸散反演精度的主導影響，同時明確了地表溫度晴空偏差對蒸散遙感反演的影響規律，為高空間分辨率、長時間尺度蒸散可靠反演提供支撐。
圖2 不同輸入變量（BBR，寬波段反照率；LST，地表溫度；LSE，地表發射率；NDVI，植被指數）空間尺度轉換對蒸散遙感反演的誤差貢獻
在此基礎上，團隊構建了區域及全球的蒸散遙感反演模型（RSNP模型），并在對輸入數據精度校正基礎上，生產了2001-2019年多個流域及全球的蒸散遙感產品，產品經過通量站點和流域水量平衡驗證，精度可靠，時空連續無縫。
圖3 2008-2017年鄱陽湖濕地年蒸散空間分布圖
上述研究得到了國家自然科學基金項目（41701487, 42230112, 42071346）等的資助。系列成果發表于《Journal of Hydrology》《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》等期刊上，潘鑫副教授為系列論文的第一、通訊作者，河海大學地理與遙感學院楊英寶教授，中國科學院南京地理與湖泊研究所劉元波研究員，英國萊斯特大學國家對地觀測中心Kevin Tansey教授為系列論文的合作作者。
代表成果：
1. Pan, X., Yang, Z., Yuan, J., Guluzade, R., Wang, Z., Liu, S., ... & Liu, Y. (2024). A two-source non-parametric method for estimating terrestrial evapotranspiration: Validation at eddy covariance sites. Journal of Hydrology, 645, 132278.
2. Pan, X., Yang, Z., Liu, Y., Yuan, J., Wang, Z., Liu, S., & Yang, Y. (2024). A non-parametric method combined with surface flux equilibrium for estimating terrestrial evapotranspiration: Validation at eddy covariance sites. Journal of Hydrology, 631, 130682.
3. Yang, Z., Pan, X., Liu, Y., Tansey, K., Yuan, J., Wang, Z., ... & Yang, Y. (2024). Evaluation of spatial downscaling for satellite retrieval of evapotranspiration from the nonparametric approach in an arid area. Journal of Hydrology, 628, 130538.
4. Pan, X., Wang, Z., Liu, S., Yang, Z., Guluzade, R., Liu, Y., ... & Yang, Y. (2024). The impact of clear-sky biases of land surface temperature on monthly evapotranspiration estimation. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 129, 103811.
5. Zhou, Y., Pan, X., Yang, Z., Wang, Z., Guluzade, R., Yuan, J., ... & Yang, Y. (2024). The comparison between single-point method and footprint-integrated validation method of the remote-sensing retrieval of evapotranspiration: a case study at Daman site. International Journal of Remote Sensing, 1-21.
6. Zhu, H., Yuan, J., Pan, X., Wang, Z., Yang, Z., Ding, X., ... & Yang, Y. (2024). Improving GLASS AVHRR-derived broadband thermal-infrared emissivity (BBE) using GLASS MODIS-derived BBE: A Global Long-Term Study. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 3508745.
7. Pan, X., Liu, S., Tansey, K., Fan, X., Yang, Z., Yuan, J., ... & Liu, Y. (2023). Spatio-temporal variation of evapotranspiration and its linkage with environmental factors in the largest freshwater lake wetland in China. Journal of Hydrology: Regional Studies, 47, 101424.