濕潤指數是表示氣候濕潤程度的指标，又稱濕潤度、濕潤系數。用地面(miàn)水分的收入量與支出量的比值表示。比值越大，表示氣候越濕潤；比值越小，則氣候越幹燥。大陸性氣候地區濕潤指數小，海洋性氣候地區濕潤指數大。濕潤指數能(néng)夠較客觀地反映某一地區的水熱平衡狀況。濕潤指數廣泛應用 于氣候幹濕狀況評價、生态環境變化等研究中，研究地表濕潤狀況變化特征及成(chéng)因，對(duì)科學(xué)預測城市 未來地表濕潤特征也具有重要的意義。

       本方案利用聯合國(guó)糧農組織推薦的 Penman-Monteith 公式計算參考作物蒸散(ET₀)和濕潤指數(W)，并根據《農業氣候區劃及方法》，將(jiāng)我國(guó)濕潤系數進(jìn)行分級，可分爲七級，分别爲幹旱、半幹旱、幹半濕潤、濕半濕潤、濕潤、潮濕以及過(guò)濕。在對(duì)研究區的生态狀況進(jìn)行全面(miàn)調查的基礎上，制定了較爲合理的技術路線，爲國(guó)家的農業建設提供依據。

1、數據準備及預處理

      預處理包括陸面(miàn)參數的反演、研究區提取、坐标系統轉換等。具體預處理的陸面(miàn)參數及處理方法如下：(1) 地表溫度，在陸面(miàn)蒸散研究中是重要的參數，不僅對(duì)計算地面(miàn)向(xiàng)上長(cháng)波輻射通量很重要，而且也是決定地表感熱通量和潛熱通量的重要參數。利用衛星遙感數據反演地表溫度主要受到大氣和 地表比輻射率兩(liǎng)方面(miàn)影響。目前，對(duì)地表溫度反演最常用的方法是分裂窗算法，本方案中地表溫度反 演同樣(yàng)是采用該研究方法。(2) 植被(bèi)覆蓋，是植物群落總體或各個體的地上部份的垂直投影面(miàn)積與樣(yàng)方面(miàn)積之比的百分數，它反映植被(bèi)的茂密程度和植物進(jìn)行光合作用面(miàn)積的大小，該數據分類是采用時(shí)間序列NDVI 爲識别标識的方法對(duì)每年的土地覆蓋進(jìn)行分類的。(3) 比輻射率，是同一溫度下地表發(fā)射的輻射量與黑體發(fā)射的輻射量的比值，是反映物體熱輻射性質的一個重要參數，與物質的結構、成(chéng) 份、表面(miàn)特性、溫度以及電磁波發(fā)射方向(xiàng)、波長(cháng)(頻率)等因素有關，該方案采用引入植被(bèi)覆蓋度的方法計算陸面(miàn)比輻射率。(4) 地表反照率，是指地表對(duì)入射的太陽輻射的反射通量與入射的太陽輻射通量的比值，決定了多少輻射能(néng)被(bèi)下墊面(miàn)所吸收,因而是地表能(néng)量平衡研究中的一個重要參數，該數據 經(jīng)嚴格的大氣校正後(hòu)得到。(5) 氣溶膠光學(xué)厚度，該方案中以晴空反射率作爲參照，考慮 BRDF 效應的影響，從每景數據中反演氣溶膠的光學(xué)厚度及類型，并對(duì)雲進(jìn)行了屏蔽處理。該數據的淨輻射數據 反演的重要參數。(6) 總輻射值，是以晴空地表反射率爲參照，以大氣輻射傳輸方程建立晴空、氣溶 膠及雲狀态下的長(cháng)波下行輻射、短波下行輻射及光合有效輻射的查找表，通過(guò)查表反演此三種(zhǒng)輻射的 瞬間值，然後(hòu)通過(guò)多觀測點的時(shí)間序列插值估算得到的。

       氣象數據來自中國(guó)氣象局，包括月平均最高氣溫、月平均最低氣溫、月日照時(shí)數、2m 處風速、相對(duì)濕度，降雨量等。數據經(jīng)過(guò)嚴格的質量控制和篩選後(hòu)，采用DEM 爲協變量的ANUSPLIN 插值方法内插得到氣象格點數據或grid 數據，空間分辨率1km×km。

2、研究方法

2.1 地表淨輻射

      地表淨輻射量的表達式爲：

       R_s↓是下行到達地表的太陽短波輻射；R_L↑是下行的長(cháng)波輻射；R_L是上行的長(cháng)波輻射。單位均爲W·m^-2。

2.2 土壤熱通量

      土壤熱通量可通過(guò)與 T_s、R_n、α、NDVI 有關的經(jīng)驗公式得到。

2.3 潛在蒸散量

       國(guó)際糧農組織FAO 推薦的Penman-Monteith 模型是計算參考作物蒸散量的标準方法，全面(miàn)考慮了影響田間水分散失的大氣因素和作物因素，把能(néng)量平衡、空氣動力學(xué)參數和表面(miàn)參數結合在一起(qǐ)，可應用于世界各個地區，估值精度較高，具有良好(hǎo)的可比性。FAO P-M 模型對(duì)參考作物蒸散量ET₀ 定義爲“從一種(zhǒng)假定作物植株高度爲12cm，反射率爲0.23，表面(miàn)阻力爲70s/m 的參考作物冠層的蒸 散量相當于高度一緻、生長(cháng)旺盛、完全覆蓋地面(miàn)且水分供給充足的開(kāi)闊綠色植被(bèi)的蒸散量。”其公式：

       ET₀爲參考作物日蒸散量(mm/d)；R_n爲日淨輻射量（MJ/(m²·d)）；G 爲日土壤熱通量（MJ/(m²d)）；γ爲濕度計常數(kPa/℃)；T 爲地表高2m 處的日平均氣溫(K)；U₂ 爲地表高2m 處的日平均風速(m/s)；e_s 爲飽和水汽壓(kPa)；e_a 爲實際水汽壓(kPa)；Δ爲飽和水汽壓溫度曲線斜率(kPa/℃)。

2.4 濕潤指數計算

       根據各站每月的降水量和潛在蒸散量，采用公式：

W  = R  / ET₀

       其中，W 表示濕潤指數，R 表示降水，ET₀ 表示潛在蒸散，單位均爲mm。

3、模拟結果與分析

       基于以上分析，得到我國(guó) 2005 年濕潤指數的結果并對(duì)結果進(jìn)行分析。主要分析如下：

（1）2005 年中國(guó)濕潤指數的空間分布格局（如下圖）

（2）研究區幹濕帶界線劃分

（3）研究區農業幹旱的監測

圖 2005年中國(guó)濕潤指數分布圖