基于地表蒸散模擬剖析我國干濕氣候變化特征與機(jī)制

基于地表蒸散模擬剖析我國干濕氣候變化特征與機(jī)制一、引言1.1研究背景與意義在全球氣候變化的大背景下，干濕氣候的變化對(duì)人類社會(huì)和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生著深遠(yuǎn)影響。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，大氣中溫室氣體濃度不斷攀升，全球氣溫持續(xù)升高，由此引發(fā)了一系列氣候異常現(xiàn)象，其中干濕氣候的變化尤為顯著。干濕氣候的改變不僅影響著水資源的分布與利用，還對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)平衡、人類健康以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等諸多方面帶來挑戰(zhàn)。地表蒸散作為陸地表面水分和能量循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)氣候系統(tǒng)有著重要影響。它是指土壤水分蒸發(fā)和植物蒸騰的總和，反映了地球表面向大氣輸送水分和能量的過程。地表蒸散的變化直接影響著大氣中的水汽含量、能量平衡以及降水分布，進(jìn)而對(duì)干濕氣候的形成和演變起著關(guān)鍵作用。當(dāng)蒸散量增加時(shí)，大氣中的水汽含量相應(yīng)增多，可能導(dǎo)致降水增加，氣候趨于濕潤；反之，蒸散量減少則可能使大氣水汽含量降低，降水減少，氣候趨于干旱。我國地域遼闊，氣候類型多樣，涵蓋了熱帶、亞熱帶、溫帶和寒溫帶等多個(gè)氣候帶，不同地區(qū)的干濕狀況差異顯著。從東南沿海的濕潤氣候到西北內(nèi)陸的干旱氣候，形成了明顯的干濕梯度。這種復(fù)雜的氣候條件使得我國成為研究干濕氣候變化的理想?yún)^(qū)域。然而，近年來，我國部分地區(qū)出現(xiàn)了干旱加劇、洪澇頻發(fā)等極端氣候事件，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成了嚴(yán)重影響。例如，西北地區(qū)的干旱化趨勢(shì)導(dǎo)致土地沙漠化加劇，生態(tài)系統(tǒng)退化；而南方地區(qū)的洪澇災(zāi)害則威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，深入研究我國干濕氣候變化特征，對(duì)于理解氣候變化的機(jī)制、預(yù)測(cè)未來氣候趨勢(shì)以及制定應(yīng)對(duì)策略具有重要意義。研究地表蒸散對(duì)了解我國干濕氣候變化具有多方面的重要性。地表蒸散是地表水分循環(huán)的重要組成部分，其變化直接反映了地表水分的收支狀況。通過研究地表蒸散，可以準(zhǔn)確掌握我國不同地區(qū)的水分散失情況，進(jìn)而分析干濕氣候的變化趨勢(shì)。例如，在干旱地區(qū)，蒸散量的增加可能意味著水資源的進(jìn)一步短缺，干旱程度加??；而在濕潤地區(qū)，蒸散量的變化可能影響降水的再分配，導(dǎo)致局部地區(qū)干濕狀況的改變。地表蒸散與能量平衡密切相關(guān)。蒸散過程需要消耗大量的能量，它在調(diào)節(jié)地表溫度和大氣能量平衡方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。當(dāng)蒸散量發(fā)生變化時(shí)，地表能量平衡也會(huì)隨之改變，進(jìn)而影響大氣環(huán)流和氣候系統(tǒng)的穩(wěn)定性。研究地表蒸散有助于揭示我國干濕氣候變化與能量平衡之間的內(nèi)在聯(lián)系，為深入理解氣候變化機(jī)制提供依據(jù)。地表蒸散還對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生重要影響。它影響著植物的生長發(fā)育、植被覆蓋度以及生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力。不同的干濕氣候條件下，地表蒸散的差異會(huì)導(dǎo)致植被類型和分布的變化，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生物多樣性。因此，研究地表蒸散對(duì)于評(píng)估我國生態(tài)系統(tǒng)對(duì)干濕氣候變化的響應(yīng)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀地表蒸散模擬及干濕氣候變化一直是國內(nèi)外氣象學(xué)、水文學(xué)和生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在地表蒸散模擬方面，國外學(xué)者起步較早，發(fā)展出了多種成熟的模型。Penman于1948年提出了Penman模型，該模型基于能量平衡和水汽擴(kuò)散理論，綜合考慮了凈輻射、氣溫、濕度和風(fēng)速等氣象要素，為蒸散量的估算提供了重要的理論基礎(chǔ)。Monteith在1965年對(duì)Penman模型進(jìn)行了改進(jìn)，引入了氣孔阻力的概念，提出了Penman-Monteith模型，該模型能夠更準(zhǔn)確地描述植物蒸騰過程，成為目前國際上應(yīng)用最廣泛的蒸散估算模型之一，被世界糧農(nóng)組織（FAO）推薦用于計(jì)算參考作物蒸散量。此后，學(xué)者們不斷對(duì)該模型進(jìn)行優(yōu)化和拓展，如考慮不同下墊面特性、土壤水分狀況等因素對(duì)蒸散的影響，以提高模型的模擬精度和適用性。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，基于遙感數(shù)據(jù)的蒸散估算方法逐漸成為研究熱點(diǎn)。美國學(xué)者Goward等在20世紀(jì)80年代首次將遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用于蒸散估算，利用植被指數(shù)與蒸散之間的關(guān)系，建立了簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。此后，各種基于遙感的蒸散模型不斷涌現(xiàn)，如SEBAL模型、METRIC模型等。這些模型利用衛(wèi)星遙感獲取的地表反射率、溫度等信息，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大面積地表蒸散的快速估算，為區(qū)域尺度的蒸散研究提供了有力手段。在國內(nèi)，地表蒸散模擬研究也取得了顯著進(jìn)展。許多學(xué)者結(jié)合我國的氣候和下墊面特點(diǎn)，對(duì)國外的蒸散模型進(jìn)行了本地化改進(jìn)和應(yīng)用。例如，在干旱半干旱地區(qū)，由于降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤水分對(duì)蒸散的影響更為顯著，學(xué)者們通過改進(jìn)土壤水分參數(shù)化方案，提高了模型在該地區(qū)的模擬精度。在濕潤地區(qū)，考慮到植被覆蓋度高、水汽輸送復(fù)雜等特點(diǎn)，對(duì)模型中的植被參數(shù)和水汽傳輸過程進(jìn)行了優(yōu)化。利用我國自主研發(fā)的高分系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)，開展了基于遙感的地表蒸散估算研究，為我國地表蒸散的精細(xì)化監(jiān)測(cè)提供了數(shù)據(jù)支持。在干濕氣候變化研究方面，國外學(xué)者利用全球氣候模式（GCMs）對(duì)全球干濕氣候的變化趨勢(shì)進(jìn)行了大量模擬研究。通過模擬不同排放情景下的氣候變化，預(yù)測(cè)未來全球干旱和半干旱地區(qū)的范圍可能擴(kuò)大，濕潤地區(qū)的降水分布也將發(fā)生改變。一些研究還關(guān)注到氣候變化對(duì)極端干濕事件的影響，發(fā)現(xiàn)極端干旱和洪澇事件的發(fā)生頻率和強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)。國內(nèi)學(xué)者對(duì)我國干濕氣候變化的研究也十分深入。利用長時(shí)間序列的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析了我國不同地區(qū)干濕氣候的變化特征。研究表明，近幾十年來，我國西北地區(qū)呈現(xiàn)出明顯的增暖加濕趨勢(shì)，而華北地區(qū)則存在干旱化的傾向。通過對(duì)歷史文獻(xiàn)和古氣候記錄的研究，重建了我國過去幾百年甚至幾千年的干濕變化序列，揭示了我國干濕氣候變化的長期演變規(guī)律及其與太陽活動(dòng)、火山活動(dòng)等因素的關(guān)系。盡管國內(nèi)外在地表蒸散模擬及干濕氣候變化研究方面取得了豐碩成果，但仍存在一些不足之處。現(xiàn)有蒸散模型在復(fù)雜下墊面條件下的模擬精度有待進(jìn)一步提高，特別是在山區(qū)、濕地等特殊地形和生態(tài)系統(tǒng)中，模型對(duì)地形起伏、植被類型多樣性等因素的考慮還不夠完善。不同模型之間的模擬結(jié)果存在較大差異，缺乏統(tǒng)一的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)證方法，這給蒸散模擬結(jié)果的應(yīng)用帶來了一定困難。在干濕氣候變化研究中，對(duì)未來氣候變化情景下干濕變化的不確定性認(rèn)識(shí)還不夠充分，不同氣候模式的預(yù)測(cè)結(jié)果存在較大分歧，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)氣候變化機(jī)制的研究，提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。此外，地表蒸散與干濕氣候變化之間的相互作用機(jī)制還需要深入探究，目前的研究大多側(cè)重于單方面的分析，對(duì)兩者之間的耦合關(guān)系和反饋機(jī)制的研究還相對(duì)薄弱。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在通過地表蒸散模擬，深入揭示我國干濕氣候變化特征，明確地表蒸散在其中的作用機(jī)制，為我國應(yīng)對(duì)氣候變化、合理利用水資源以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。具體研究?jī)?nèi)容如下：地表蒸散模型的選擇與改進(jìn)：系統(tǒng)梳理現(xiàn)有的地表蒸散模型，如Penman-Monteith模型、SEBAL模型等，綜合考慮我國復(fù)雜的地形地貌、多樣的氣候條件以及不同的下墊面類型，對(duì)比分析各模型的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。結(jié)合我國實(shí)際情況，對(duì)選定的模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和改進(jìn)，引入適合我國地形、植被和土壤特性的參數(shù)化方案，提高模型在我國不同地區(qū)的模擬精度。例如，在山區(qū)考慮地形對(duì)太陽輻射和風(fēng)速的影響，對(duì)輻射和動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行修正；在植被覆蓋度高的地區(qū)，優(yōu)化植被氣孔導(dǎo)度參數(shù)，以更準(zhǔn)確地描述植物蒸騰過程。我國地表蒸散的時(shí)空分布特征分析：利用改進(jìn)后的地表蒸散模型，結(jié)合長時(shí)間序列的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)（如氣溫、降水、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)等）、遙感數(shù)據(jù)（如植被指數(shù)、地表溫度等）以及地理信息數(shù)據(jù)（如地形、土壤類型等），計(jì)算我國不同時(shí)間尺度（年、季、月）和空間尺度（全國、區(qū)域、站點(diǎn)）的地表蒸散量。運(yùn)用空間分析方法，如克里金插值、反距離權(quán)重插值等，繪制地表蒸散的空間分布圖，直觀展示我國地表蒸散的空間分布格局，分析其在不同氣候區(qū)、地形區(qū)和植被覆蓋區(qū)的差異。通過趨勢(shì)分析、小波分析等方法，研究地表蒸散的時(shí)間變化趨勢(shì)和周期性變化特征，探討其與氣候變化、人類活動(dòng)等因素的關(guān)系。干濕氣候變化特征的分析：選取合適的干濕氣候指標(biāo)，如干旱指數(shù)（如Palmer干旱指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)等）、濕潤指數(shù)（如Thornthwaite濕潤指數(shù)等），結(jié)合地表蒸散模擬結(jié)果和降水?dāng)?shù)據(jù)，分析我國干濕氣候變化的總體特征、區(qū)域特征、年代際變化和季節(jié)變化特征。通過繪制干濕氣候區(qū)的時(shí)空演變圖，揭示我國干濕氣候區(qū)的界限變化和面積變化規(guī)律，分析不同地區(qū)干濕變化的主導(dǎo)因素。例如，在西北地區(qū)，分析氣溫升高、降水增加以及地表蒸散變化對(duì)干濕狀況的綜合影響；在華北地區(qū)，探討人類活動(dòng)（如農(nóng)業(yè)灌溉、城市化進(jìn)程等）對(duì)區(qū)域干濕變化的作用。地表蒸散對(duì)干濕氣候變化的影響機(jī)制研究：從能量平衡、水分循環(huán)和大氣環(huán)流等方面入手，深入研究地表蒸散與干濕氣候變化之間的相互作用機(jī)制。通過建立耦合模型，將地表蒸散過程與大氣環(huán)流模式相結(jié)合，模擬不同地表蒸散情景下的干濕氣候變化，分析地表蒸散對(duì)降水、氣溫、水汽輸送等氣象要素的影響。研究地表蒸散變化如何通過改變地表能量平衡和水汽通量，進(jìn)而影響大氣環(huán)流的異常變化，以及大氣環(huán)流異常對(duì)干濕氣候的反饋?zhàn)饔?。例如，分析在干旱地區(qū)，地表蒸散減少導(dǎo)致的地面熱量積累和水汽減少，如何影響局地大氣環(huán)流，進(jìn)而加劇干旱程度；在濕潤地區(qū)，地表蒸散增加對(duì)降水再分配和洪澇災(zāi)害發(fā)生的影響機(jī)制。未來干濕氣候變化的預(yù)測(cè)與情景分析：利用全球氣候模式（GCMs）和區(qū)域氣候模式（RCMs），結(jié)合我國地表蒸散的模擬結(jié)果和歷史干濕氣候變化特征，對(duì)未來我國干濕氣候變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。選取不同的排放情景（如RCP4.5、RCP8.5等），分析未來不同時(shí)期我國干濕氣候的變化趨勢(shì)和可能出現(xiàn)的極端干濕事件。通過情景分析，評(píng)估不同氣候變化情景下我國不同地區(qū)面臨的干旱和洪澇風(fēng)險(xiǎn)，為制定適應(yīng)氣候變化的策略和措施提供科學(xué)依據(jù)。例如，預(yù)測(cè)在高排放情景下，我國哪些地區(qū)干旱化趨勢(shì)將加劇，哪些地區(qū)洪澇災(zāi)害發(fā)生的頻率和強(qiáng)度可能增加，以便提前采取水資源管理、生態(tài)保護(hù)和防災(zāi)減災(zāi)等措施。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究將綜合運(yùn)用多種研究方法，從數(shù)據(jù)收集與處理、模型構(gòu)建與模擬，到結(jié)果分析與討論，逐步深入探究我國干濕氣候變化特征。數(shù)據(jù)來源：氣象數(shù)據(jù)主要來源于中國氣象局國家氣象信息中心，獲取全國范圍內(nèi)長時(shí)間序列（如1961-2020年）的逐日氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括氣溫、降水、風(fēng)速、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)等要素。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制和均一性檢驗(yàn)，確保其準(zhǔn)確性和可靠性，為地表蒸散模擬和干濕氣候分析提供基礎(chǔ)氣象信息。遙感數(shù)據(jù)：采用美國國家航空航天局（NASA）的MODIS（Moderate-ResolutionImagingSpectroradiometer）衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，獲取植被指數(shù)（如NDVI，歸一化植被指數(shù)）、地表溫度（LST）等信息。這些數(shù)據(jù)具有較高的空間分辨率和時(shí)間分辨率，能夠反映地表植被覆蓋和能量狀況的動(dòng)態(tài)變化，用于輔助地表蒸散模型的輸入和驗(yàn)證，以及分析地表蒸散與植被覆蓋之間的關(guān)系。還將利用我國高分系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)，其高分辨率特性有助于更精確地刻畫地表特征，提高對(duì)復(fù)雜地形和下墊面條件下地表蒸散的模擬精度。地理信息數(shù)據(jù)：收集中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心提供的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，用于獲取地形信息，包括海拔高度、坡度、坡向等。這些地形因素對(duì)太陽輻射、風(fēng)速和降水分布等有重要影響，進(jìn)而影響地表蒸散和干濕氣候。同時(shí)，收集土壤類型數(shù)據(jù)，了解不同土壤質(zhì)地、孔隙度和持水能力等特性，以便在地表蒸散模型中準(zhǔn)確考慮土壤水分對(duì)蒸散的影響。模擬模型：選用國際上廣泛應(yīng)用且適合我國氣候條件的Penman-Monteith模型作為地表蒸散模擬的基礎(chǔ)模型。該模型基于能量平衡和水汽擴(kuò)散理論，綜合考慮了凈輻射、氣溫、濕度、風(fēng)速等氣象要素以及植被生理特征對(duì)蒸散的影響。為提高模型在我國復(fù)雜地形和多樣下墊面條件下的模擬精度，將結(jié)合我國的地形地貌、植被類型和土壤特性，對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和改進(jìn)。例如，針對(duì)山區(qū)地形，利用DEM數(shù)據(jù)對(duì)太陽輻射和風(fēng)速進(jìn)行地形校正，引入地形相關(guān)參數(shù)；對(duì)于不同植被類型，根據(jù)其生理特性和生長規(guī)律，優(yōu)化植被氣孔導(dǎo)度等參數(shù)。數(shù)據(jù)分析方法：運(yùn)用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，對(duì)氣象數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析和可視化處理。通過克里金插值、反距離權(quán)重插值等方法，將離散的氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)插值為連續(xù)的空間分布數(shù)據(jù)，繪制地表蒸散、降水、干旱指數(shù)等要素的空間分布圖，直觀展示其在我國的空間分布特征。利用統(tǒng)計(jì)分析方法，如線性回歸分析、相關(guān)分析、Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)等，研究地表蒸散和干濕氣候指標(biāo)的時(shí)間變化趨勢(shì)、相關(guān)性以及突變特征。通過線性回歸分析計(jì)算氣候傾向率，判斷地表蒸散和干濕氣候指標(biāo)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)；利用相關(guān)分析探討地表蒸散與氣象要素、干濕氣候指標(biāo)之間的相互關(guān)系；采用Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)方法，檢驗(yàn)這些要素的變化趨勢(shì)是否具有顯著性。運(yùn)用小波分析方法，對(duì)地表蒸散和干濕氣候指標(biāo)進(jìn)行多時(shí)間尺度分析，揭示其周期性變化特征，探究不同時(shí)間尺度下氣候變化的規(guī)律和影響因素。未來預(yù)測(cè)：利用全球氣候模式（GCMs）和區(qū)域氣候模式（RCMs），結(jié)合我國地表蒸散的模擬結(jié)果和歷史干濕氣候變化特征，對(duì)未來我國干濕氣候變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。選取不同的排放情景（如RCP4.5、RCP8.5等），這些情景代表了不同的溫室氣體排放水平和未來發(fā)展路徑。通過模式模擬，獲取未來不同時(shí)期（如2021-2050年、2051-2080年、2081-2100年）我國的氣象要素（如氣溫、降水、風(fēng)速等）數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算地表蒸散和干濕氣候指標(biāo)，分析未來我國干濕氣候的變化趨勢(shì)和可能出現(xiàn)的極端干濕事件。本研究的技術(shù)路線如圖1所示：首先，收集氣象數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)處理和質(zhì)量控制；然后，選擇和改進(jìn)地表蒸散模型，利用處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行地表蒸散模擬；接著，計(jì)算干濕氣候指標(biāo)，分析地表蒸散和干濕氣候變化的時(shí)空特征；再利用耦合模型研究地表蒸散對(duì)干濕氣候變化的影響機(jī)制；最后，利用氣候模式對(duì)未來干濕氣候變化進(jìn)行預(yù)測(cè)和情景分析，為我國應(yīng)對(duì)氣候變化提供科學(xué)依據(jù)。[此處插入技術(shù)路線圖]二、地表蒸散模擬的理論與方法2.1地表蒸散的基本概念與原理地表蒸散（Evapotranspiration，ET）通常是指土壤蒸發(fā)（Evaporation，E）和植物蒸騰（Transpiration，T）的總和，是土壤-植物-大氣連續(xù)體系（SPAC）中水分運(yùn)動(dòng)的重要過程。土壤蒸發(fā)是指土壤表面的水分由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)進(jìn)入大氣的過程，這一過程主要受土壤水分含量、土壤溫度、近地面風(fēng)速和大氣濕度等因素的影響。當(dāng)土壤水分充足時(shí)，在太陽輻射提供的能量作用下，水分分子獲得足夠的動(dòng)能，克服土壤顆粒的吸附力和液態(tài)水的內(nèi)聚力，從土壤表面逸出進(jìn)入大氣。隨著土壤水分的減少，土壤顆粒對(duì)水分的吸附力增強(qiáng)，蒸發(fā)速率逐漸降低。植物蒸騰則是植物通過根系吸收土壤中的水分，經(jīng)由莖干輸送到葉片，再通過葉片表面的氣孔以水汽形式散失到大氣中的過程。植物蒸騰作用不僅受氣象條件（如光照、溫度、濕度、風(fēng)速等）的影響，還與植物自身的生理特性密切相關(guān)。例如，植物的氣孔導(dǎo)度決定了水汽從葉片內(nèi)部向大氣擴(kuò)散的阻力大小，而氣孔導(dǎo)度又受到光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、植物激素等多種因素的調(diào)控。在光照充足的條件下，植物氣孔張開，水汽擴(kuò)散阻力減小，蒸騰作用增強(qiáng)；當(dāng)大氣濕度較低時(shí)，葉片與大氣之間的水汽壓差增大，蒸騰速率也會(huì)相應(yīng)提高。地表蒸散在水循環(huán)和能量平衡中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，是維持陸面水分平衡的重要組成部分。全球范圍內(nèi)，約有70%的陸地降水通過蒸散返回大氣，它與降水共同構(gòu)成了陸地水分循環(huán)的主要環(huán)節(jié)。在區(qū)域尺度上，地表蒸散的變化直接影響著水資源的分配和利用。在干旱地區(qū)，蒸散量相對(duì)較大，而降水稀少，導(dǎo)致水資源短缺，生態(tài)系統(tǒng)脆弱；而在濕潤地區(qū)，蒸散量與降水量相對(duì)平衡，能夠維持較為豐富的水資源和良好的生態(tài)環(huán)境。地表蒸散也是維持地表能量平衡的主要部分。蒸散過程需要消耗大量的能量，這些能量主要來自太陽輻射。在白天，太陽輻射到達(dá)地表，一部分被地表反射，一部分被土壤和植被吸收，用于加熱地表和驅(qū)動(dòng)蒸散過程。蒸散消耗的能量以潛熱的形式進(jìn)入大氣，從而調(diào)節(jié)了地表溫度和近地面大氣溫度。如果蒸散量減少，地表吸收的太陽輻射能量無法有效通過蒸散消耗，就會(huì)導(dǎo)致地表溫度升高，進(jìn)而影響大氣環(huán)流和氣候系統(tǒng)的穩(wěn)定性。從能量平衡的角度來看，地表凈輻射（Rn）主要分配為感熱通量（H）、潛熱通量（LE，其中L為水的汽化潛熱，E為蒸散量）和土壤熱通量（G），可用公式表示為：Rn=LE+H+G。在這個(gè)能量平衡方程中，潛熱通量與地表蒸散密切相關(guān)，它反映了蒸散過程中消耗的能量大小。當(dāng)蒸散量增加時(shí)，潛熱通量增大，感熱通量相應(yīng)減小，地表溫度降低；反之，蒸散量減少，潛熱通量減小，感熱通量增大，地表溫度升高。因此，地表蒸散通過調(diào)節(jié)能量平衡，對(duì)地表溫度和大氣溫度的變化起著重要的緩沖作用。在水分循環(huán)方面，地表蒸散是水分從陸地表面返回大氣的主要途徑。蒸散進(jìn)入大氣的水汽，在適宜的氣象條件下，會(huì)凝結(jié)成云，進(jìn)而形成降水，再次回到陸地表面。這個(gè)過程不斷循環(huán)，維持著地球上的水分平衡。地表蒸散還影響著土壤水分的動(dòng)態(tài)變化。土壤水分是植物生長的重要水源，蒸散消耗土壤水分，當(dāng)土壤水分減少到一定程度時(shí)，會(huì)影響植物的生長和發(fā)育，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。而降水又會(huì)補(bǔ)充土壤水分，為蒸散提供水源，形成一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的水分循環(huán)系統(tǒng)。2.2常用地表蒸散模擬模型2.2.1基于能量平衡的模型基于能量平衡的地表蒸散模型以能量守恒定律為基礎(chǔ)，通過對(duì)地表能量收支各分量的計(jì)算來估算蒸散量。這類模型認(rèn)為，地表凈輻射能量主要分配為感熱通量、潛熱通量（與蒸散相關(guān)）和土壤熱通量。其中，具有代表性的模型有SEBAL（SurfaceEnergyBalanceAlgorithmforLand）模型和METRIC（MappingEvapoTranspirationathighResolutionwithInternalizedCalibration）模型。SEBAL模型由Bastiaanssen等于1998年提出，該模型基于熱紅外遙感數(shù)據(jù)，通過25個(gè)計(jì)算步驟來實(shí)現(xiàn)地表蒸散的估算。其原理是利用遙感傳感器獲取的相關(guān)區(qū)域內(nèi)可見光、近紅外、熱紅外光譜輻射等數(shù)據(jù)，反演地表反照率、地表溫度等相關(guān)地表參數(shù)，再與所在地的氣象數(shù)據(jù)及植被信息相結(jié)合，通過各參數(shù)之間的相互關(guān)系模擬陸地與大氣之間的能量交換過程來估算像元尺度上的蒸散發(fā)。在能量平衡方程中，地表凈輻射（Rn）可通過遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)計(jì)算得到，土壤熱通量（G）通常根據(jù)地表溫度和植被覆蓋度等參數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)公式估算，感熱通量（H）則通過空氣動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算，進(jìn)而根據(jù)能量平衡關(guān)系Rn=LE+H+G求解出潛熱通量（LE），從而得到蒸散量（ET）。SEBAL模型的優(yōu)點(diǎn)在于能夠充分利用遙感數(shù)據(jù)的空間信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積地表蒸散的快速估算，適用于區(qū)域尺度的蒸散研究。該模型考慮了多種地表參數(shù)和氣象因素對(duì)蒸散的影響，具有較高的物理基礎(chǔ)和理論依據(jù)，模擬結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。在干旱半干旱地區(qū)的研究中，SEBAL模型能夠較好地反映該地區(qū)水分蒸發(fā)強(qiáng)烈的特點(diǎn)，為水資源管理和生態(tài)環(huán)境評(píng)估提供了重要的數(shù)據(jù)支持。然而，該模型也存在一些局限性。其計(jì)算過程較為復(fù)雜，需要大量的遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)支持，對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度要求較高。在數(shù)據(jù)獲取困難或數(shù)據(jù)質(zhì)量不佳的情況下，模型的應(yīng)用會(huì)受到限制。SEBAL模型對(duì)地形和下墊面條件的變化較為敏感，在復(fù)雜地形和多樣下墊面區(qū)域，模型的模擬精度可能會(huì)受到影響，需要進(jìn)行地形校正和下墊面參數(shù)的精細(xì)調(diào)整。METRIC模型是由Allen等提出的基于能量平衡的遙感蒸散模型，其原理同樣基于地表能量平衡方程。該模型利用高分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部校準(zhǔn)的方法來估算地表蒸散。METRIC模型在計(jì)算過程中，首先通過遙感數(shù)據(jù)獲取地表反射率、地表溫度等參數(shù)，然后結(jié)合氣象數(shù)據(jù)計(jì)算地表凈輻射、土壤熱通量和感熱通量。與SEBAL模型類似，通過能量平衡方程求解潛熱通量，進(jìn)而得到蒸散量。在計(jì)算感熱通量時(shí)，METRIC模型采用了改進(jìn)的空氣動(dòng)力學(xué)方法，考慮了地形、植被高度和粗糙度等因素對(duì)風(fēng)速和熱量傳輸?shù)挠绊懀岣吡烁袩嵬坑?jì)算的準(zhǔn)確性。METRIC模型的優(yōu)勢(shì)在于其具有較高的空間分辨率，能夠提供更為精細(xì)的地表蒸散信息，適用于對(duì)蒸散空間分布要求較高的研究，如農(nóng)田蒸散監(jiān)測(cè)、城市生態(tài)系統(tǒng)蒸散分析等。該模型的內(nèi)部校準(zhǔn)機(jī)制使其能夠在一定程度上適應(yīng)不同地區(qū)的氣候和下墊面條件，具有較好的通用性和適應(yīng)性。在農(nóng)田灌溉管理中，METRIC模型可以準(zhǔn)確地估算農(nóng)田不同區(qū)域的蒸散量，為精準(zhǔn)灌溉提供科學(xué)依據(jù)，有助于提高水資源利用效率。然而，METRIC模型也存在一些不足。模型的計(jì)算依賴于高分辨率的遙感影像，數(shù)據(jù)獲取成本較高，且數(shù)據(jù)處理和分析的工作量較大。該模型在處理復(fù)雜地形和植被覆蓋情況時(shí)，仍存在一定的局限性，對(duì)于地形起伏較大或植被類型復(fù)雜的區(qū)域，模型的模擬精度可能需要進(jìn)一步提高。在實(shí)際應(yīng)用中，基于能量平衡的模型在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，利用SEBAL模型和METRIC模型估算農(nóng)田蒸散量，可為灌溉決策提供科學(xué)依據(jù)，合理安排灌溉時(shí)間和水量，提高水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉。在干旱地區(qū)的農(nóng)田中，通過模型準(zhǔn)確估算蒸散量，能夠幫助農(nóng)民根據(jù)作物的需水情況進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉，避免水資源的浪費(fèi)，同時(shí)保證作物的正常生長。在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，這些模型可用于評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的水分狀況和蒸散特征，為生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)提供參考。在研究濕地生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，通過模擬濕地的蒸散過程，了解濕地水分循環(huán)和能量交換規(guī)律，有助于制定合理的濕地保護(hù)和管理策略。在水資源管理領(lǐng)域，基于能量平衡的模型可用于估算流域蒸散量，分析水資源的收支平衡，為水資源規(guī)劃和調(diào)配提供數(shù)據(jù)支持。在大型流域的水資源管理中，利用模型估算不同區(qū)域的蒸散量，能夠幫助管理者合理分配水資源，保障流域內(nèi)各地區(qū)的用水需求。2.2.2基于生理生態(tài)過程的模型基于生理生態(tài)過程的地表蒸散模型側(cè)重于對(duì)植被生理過程的模擬，通過描述植物的生長發(fā)育、光合作用、氣孔導(dǎo)度等生理參數(shù)與蒸散之間的關(guān)系來估算蒸散量。這類模型考慮了植物在不同環(huán)境條件下的生理響應(yīng)，能夠更真實(shí)地反映植被與大氣之間的水分和能量交換過程。其中，BETHY（Biosphere-AtmosphereTransferSchemeforHYdrology）模型和SiB（SimpleBiosphereModel）模型是較為典型的代表。BETHY模型是一個(gè)基于過程的生態(tài)水文模型，它將陸面生態(tài)系統(tǒng)視為一個(gè)有機(jī)整體，綜合考慮了植被生理過程、土壤水分動(dòng)態(tài)和大氣邊界層過程對(duì)蒸散的影響。在植被生理過程模擬方面，BETHY模型通過光合作用-氣孔導(dǎo)度模型來描述植物的光合和蒸騰作用。該模型認(rèn)為，植物的氣孔導(dǎo)度不僅受光照、溫度、濕度等氣象因素的影響，還與植物的光合作用速率密切相關(guān)。當(dāng)光照充足時(shí)，植物的光合作用增強(qiáng)，為了滿足光合作用對(duì)二氧化碳的需求，氣孔張開，水汽擴(kuò)散阻力減小，蒸騰作用隨之增強(qiáng)；而當(dāng)環(huán)境條件不利于光合作用時(shí)，氣孔導(dǎo)度會(huì)相應(yīng)減小，蒸騰作用減弱。BETHY模型還考慮了植物的生長發(fā)育階段對(duì)生理參數(shù)的影響，不同生長階段的植物具有不同的葉面積指數(shù)、氣孔密度和光合能力，這些差異都會(huì)影響植物的蒸散速率。在土壤水分模擬方面，BETHY模型采用了多層土壤水分平衡方程，考慮了降水入滲、土壤蒸發(fā)、植物根系吸水以及側(cè)向水流等過程。通過對(duì)土壤水分的動(dòng)態(tài)模擬，能夠準(zhǔn)確反映土壤水分對(duì)植被蒸散的限制作用。當(dāng)土壤水分充足時(shí)，植物根系能夠充分吸收水分，蒸散主要受氣象條件和植被生理狀態(tài)的控制；而當(dāng)土壤水分不足時(shí)，土壤水分成為蒸散的限制因子，植物會(huì)通過調(diào)節(jié)氣孔導(dǎo)度來減少水分散失，蒸散速率相應(yīng)降低。BETHY模型的優(yōu)點(diǎn)在于其具有較強(qiáng)的機(jī)理性和綜合性，能夠全面考慮植被、土壤和大氣之間的相互作用，對(duì)蒸散過程的模擬較為細(xì)致和準(zhǔn)確。在研究森林生態(tài)系統(tǒng)的蒸散時(shí)，BETHY模型可以準(zhǔn)確地模擬不同樹種、不同林齡的森林植被在不同季節(jié)和氣候條件下的蒸散變化，為森林生態(tài)系統(tǒng)的水分管理和碳循環(huán)研究提供了有力工具。然而，BETHY模型也存在一些不足之處。由于該模型考慮的因素較多，模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，參數(shù)眾多，需要大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)和驗(yàn)證，這在一定程度上限制了模型的應(yīng)用范圍。BETHY模型對(duì)數(shù)據(jù)的要求較高，需要獲取詳細(xì)的植被生理參數(shù)、土壤物理參數(shù)以及氣象數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)獲取困難的地區(qū)，模型的應(yīng)用會(huì)受到較大限制。SiB模型是一種簡(jiǎn)單的生物圈模型，它主要模擬了植被冠層與大氣之間的能量、水分和二氧化碳交換過程。在植被生理過程模擬方面，SiB模型采用了大葉模型的假設(shè)，將植被冠層視為一個(gè)整體，通過描述冠層的氣孔導(dǎo)度、葉面積指數(shù)等參數(shù)來估算蒸散量。SiB模型認(rèn)為，氣孔導(dǎo)度是控制植被蒸騰的關(guān)鍵因素，它受光照、溫度、二氧化碳濃度和水汽壓差等因素的影響。通過建立氣孔導(dǎo)度與這些環(huán)境因素之間的關(guān)系模型，SiB模型能夠動(dòng)態(tài)地模擬植被在不同環(huán)境條件下的蒸騰作用。SiB模型還考慮了植被冠層的截留作用和蒸發(fā)過程。降水落到植被冠層后，一部分被冠層截留，這部分水分會(huì)在后續(xù)的蒸發(fā)過程中返回大氣；另一部分則通過冠層間隙到達(dá)地面，成為土壤水分的來源。SiB模型通過模擬冠層截留水量和截留水的蒸發(fā)速率，能夠更準(zhǔn)確地估算植被冠層的蒸散量。SiB模型的優(yōu)點(diǎn)是模型結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，計(jì)算量較小，對(duì)數(shù)據(jù)的要求相對(duì)較低，具有較好的通用性和可操作性。在區(qū)域尺度的蒸散模擬研究中，SiB模型可以利用相對(duì)較少的數(shù)據(jù)資料，快速地估算出地表蒸散量，為宏觀尺度的氣候和生態(tài)研究提供了便利。然而，由于SiB模型采用了大葉模型假設(shè)，將植被冠層簡(jiǎn)化為一個(gè)整體，忽略了冠層內(nèi)部的垂直結(jié)構(gòu)和微氣象差異，在對(duì)植被蒸散的精細(xì)模擬方面存在一定的局限性。對(duì)于一些植被結(jié)構(gòu)復(fù)雜、垂直異質(zhì)性明顯的生態(tài)系統(tǒng)，如熱帶雨林，SiB模型的模擬精度可能無法滿足要求。在實(shí)際應(yīng)用中，基于生理生態(tài)過程的模型在生態(tài)系統(tǒng)研究中發(fā)揮了重要作用。在研究草原生態(tài)系統(tǒng)的蒸散時(shí)，BETHY模型和SiB模型可以模擬不同草種組成的草原植被在不同放牧強(qiáng)度和氣候條件下的蒸散變化，為草原生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。通過模擬不同放牧強(qiáng)度下草原植被的蒸散量，分析放牧對(duì)草原水分循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)功能的影響，從而制定合理的放牧管理策略，保護(hù)草原生態(tài)環(huán)境。在全球氣候變化研究中，這些模型可以用于評(píng)估植被對(duì)氣候變化的響應(yīng)，預(yù)測(cè)未來氣候變化情景下地表蒸散的變化趨勢(shì)，為制定應(yīng)對(duì)氣候變化的策略提供參考。利用BETHY模型和SiB模型模擬不同溫室氣體排放情景下植被蒸散的變化，分析氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)水分平衡和碳循環(huán)的影響，為全球氣候變化的研究和應(yīng)對(duì)提供重要的科學(xué)支持。2.2.3基于遙感數(shù)據(jù)的模型基于遙感數(shù)據(jù)的地表蒸散模型利用衛(wèi)星遙感獲取的地表信息，如地表溫度、植被指數(shù)等，結(jié)合少量的氣象數(shù)據(jù)來估算蒸散量。這類模型的原理是基于地表能量平衡和植被與水分的相互關(guān)系，通過建立遙感參數(shù)與蒸散之間的經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系來實(shí)現(xiàn)蒸散的估算。由于遙感數(shù)據(jù)具有大面積、周期性觀測(cè)的特點(diǎn)，基于遙感數(shù)據(jù)的模型能夠快速獲取區(qū)域尺度甚至全球尺度的地表蒸散信息，為研究不同時(shí)空尺度的蒸散變化提供了有力手段。在基于遙感數(shù)據(jù)的蒸散估算中，地表溫度（LST）和植被指數(shù)（如歸一化植被指數(shù)NDVI）是兩個(gè)重要的參數(shù)。地表溫度反映了地表的能量狀態(tài)，與地表蒸散密切相關(guān)。一般來說，地表溫度越高，蒸散過程中所需的能量就越多，蒸散量也相應(yīng)越大。通過衛(wèi)星遙感獲取的熱紅外波段數(shù)據(jù)，可以反演得到地表溫度。常用的地表溫度反演方法有分裂窗算法、單通道算法等。分裂窗算法利用熱紅外波段中兩個(gè)相鄰?fù)ǖ赖妮椛洳町?，結(jié)合大氣參數(shù)和地表比輻射率等信息，計(jì)算得到地表溫度。這種方法在大氣條件較為穩(wěn)定的情況下，能夠取得較好的反演精度。植被指數(shù)則反映了植被的生長狀況和覆蓋程度，與植被的蒸騰作用密切相關(guān)。歸一化植被指數(shù)（NDVI）是最常用的植被指數(shù)之一，其計(jì)算公式為NDVI=\frac{NIR-R}{NIR+R}，其中NIR為近紅外波段反射率，R為紅光波段反射率。NDVI值越大，表明植被覆蓋度越高，植被生長越茂盛，蒸騰作用也越強(qiáng)。通過分析NDVI與蒸散之間的關(guān)系，可以建立基于植被指數(shù)的蒸散估算模型。在一些研究中，發(fā)現(xiàn)NDVI與蒸散量之間存在較好的線性或非線性關(guān)系，通過建立回歸模型，可以利用NDVI估算蒸散量。除了地表溫度和植被指數(shù)，基于遙感數(shù)據(jù)的模型還會(huì)結(jié)合其他遙感參數(shù)和氣象數(shù)據(jù)來提高蒸散估算的精度。地表反照率反映了地表對(duì)太陽輻射的反射能力，它影響著地表凈輻射的大小，進(jìn)而影響蒸散過程。通過遙感數(shù)據(jù)可以獲取地表反照率信息，并將其納入蒸散模型中。氣象數(shù)據(jù)中的氣溫、濕度、風(fēng)速等參數(shù)也對(duì)蒸散有重要影響，在模型中通常會(huì)結(jié)合這些氣象數(shù)據(jù)來綜合考慮蒸散的影響因素。常見的基于遙感數(shù)據(jù)的蒸散模型有Priestley-Taylor模型、Ts-NDVI特征空間模型等。Priestley-Taylor模型是一種基于能量平衡的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，它假設(shè)在充分供水條件下，蒸散量與凈輻射和土壤熱通量之間存在一定的比例關(guān)系。該模型的表達(dá)式為ET=\alpha\frac{\Delta}{\Delta+\gamma}(Rn-G)，其中\(zhòng)alpha為Priestley-Taylor系數(shù)，通常取值為1.26；\Delta為飽和水汽壓曲線斜率；\gamma為干濕表常數(shù)；Rn為地表凈輻射；G為土壤熱通量。在實(shí)際應(yīng)用中，利用遙感數(shù)據(jù)獲取地表凈輻射和土壤熱通量，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)計(jì)算\Delta和\gamma，即可估算蒸散量。Priestley-Taylor模型的優(yōu)點(diǎn)是模型簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，在植被覆蓋度較高、水分條件較好的地區(qū)，能夠取得較好的估算效果。然而，該模型對(duì)水分條件的變化較為敏感，在干旱地區(qū)或水分脅迫條件下，模型的估算精度會(huì)受到影響。Ts-NDVI特征空間模型則是利用地表溫度（Ts）和歸一化植被指數(shù)（NDVI）構(gòu)建的特征空間來估算蒸散。在Ts-NDVI特征空間中，不同的植被覆蓋和水分條件對(duì)應(yīng)著不同的點(diǎn)分布。通過分析特征空間中干濕邊的關(guān)系，可以建立蒸散與Ts和NDVI之間的關(guān)系模型。在濕潤條件下，地表蒸散接近潛在蒸散，對(duì)應(yīng)著特征空間中的濕邊；而在干旱條件下，蒸散受到水分限制，對(duì)應(yīng)著干邊。通過確定干濕邊的方程，結(jié)合實(shí)際的Ts和NDVI值，可以估算出蒸散量。Ts-NDVI特征空間模型的優(yōu)點(diǎn)是能夠直觀地反映植被覆蓋和水分條件對(duì)蒸散的影響，在不同植被類型和氣候條件下都具有一定的適用性。但該模型對(duì)遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度要求較高，且在特征空間的構(gòu)建和干濕邊的確定過程中，存在一定的主觀性和不確定性?；谶b感數(shù)據(jù)的蒸散模型在區(qū)域和全球尺度的蒸散研究中得到了廣泛應(yīng)用。在區(qū)域水資源管理中，利用這些模型可以快速獲取區(qū)域內(nèi)的蒸散分布信息，為水資源的合理調(diào)配和利用提供依據(jù)。在干旱地區(qū)的水資源管理中，通過基于遙感數(shù)據(jù)的蒸散模型估算不同區(qū)域的蒸散量，能夠幫助管理者了解水資源的消耗情況，合理規(guī)劃灌溉用水，提高水資源利用效率。在全球氣候變化研究中，基于遙感數(shù)據(jù)的模型可以用于分析全球蒸散的時(shí)空變化特征，探討蒸散與氣候變化之間的關(guān)系。通過對(duì)長時(shí)間序列的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究全球不同地區(qū)蒸散的變化趨勢(shì)，以及這種變化對(duì)全球氣候和生態(tài)系統(tǒng)的影響，為全球氣候變化的研究提供重要的數(shù)據(jù)支持。2.3模型選擇與參數(shù)確定考慮到我國地域遼闊，地形地貌復(fù)雜多樣，涵蓋了高山、平原、丘陵、盆地等多種地形，同時(shí)氣候類型豐富，包括熱帶季風(fēng)氣候、亞熱帶季風(fēng)氣候、溫帶季風(fēng)氣候、溫帶大陸性氣候和高原山地氣候等，下墊面類型也極為多樣，有森林、草原、農(nóng)田、荒漠、濕地等?；谀芰科胶獾哪Ｐ腿鏢EBAL模型和METRIC模型，雖然能夠利用遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)大面積蒸散估算，但在復(fù)雜地形下對(duì)地形校正的要求較高，且模型計(jì)算復(fù)雜，對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度要求苛刻?；谏砩鷳B(tài)過程的模型如BETHY模型和SiB模型，雖然對(duì)植被生理過程模擬細(xì)致，但模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，參數(shù)眾多，需要大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)和驗(yàn)證，在我國數(shù)據(jù)獲取存在一定困難的地區(qū)應(yīng)用受限。綜合考慮以上因素，本研究選擇Penman-Monteith模型作為地表蒸散模擬的基礎(chǔ)模型。該模型基于能量平衡和水汽擴(kuò)散理論，綜合考慮了凈輻射、氣溫、濕度、風(fēng)速等氣象要素以及植被生理特征對(duì)蒸散的影響，具有堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)和廣泛的適用性。在國際上，Penman-Monteith模型被世界糧農(nóng)組織（FAO）推薦用于計(jì)算參考作物蒸散量，在全球范圍內(nèi)得到了大量的應(yīng)用和驗(yàn)證，其計(jì)算結(jié)果具有較好的可靠性和可比性。在我國，許多學(xué)者也將該模型應(yīng)用于不同地區(qū)的地表蒸散研究，并取得了較好的效果。在華北平原的農(nóng)田蒸散研究中，Penman-Monteith模型能夠準(zhǔn)確地估算作物生長季的蒸散量，為農(nóng)業(yè)灌溉管理提供了科學(xué)依據(jù)。對(duì)于Penman-Monteith模型的參數(shù)獲取，主要分為氣象參數(shù)和植被與土壤相關(guān)參數(shù)。氣象參數(shù)方面，凈輻射（Rn）通過太陽輻射數(shù)據(jù)、地表反照率和大氣長波輻射等參數(shù)計(jì)算得到。太陽輻射數(shù)據(jù)可從氣象站點(diǎn)觀測(cè)獲取，地表反照率可通過遙感數(shù)據(jù)反演得到，大氣長波輻射則根據(jù)氣溫、水汽壓等氣象要素利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。氣溫（T）、濕度（以水汽壓e表示）、風(fēng)速（u）等參數(shù)直接從氣象站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)中獲取，這些氣象站點(diǎn)在全國范圍內(nèi)分布廣泛，能夠提供長時(shí)間序列的可靠數(shù)據(jù)。植被相關(guān)參數(shù)中，植被高度（h）和氣孔導(dǎo)度（gs）是重要參數(shù)。植被高度可通過實(shí)地測(cè)量、遙感數(shù)據(jù)反演或利用相關(guān)的植被數(shù)據(jù)庫獲取。對(duì)于不同植被類型，其植被高度具有一定的特征值范圍，例如森林植被高度較高，一般在數(shù)米至數(shù)十米之間，而草地植被高度相對(duì)較低，通常在幾十厘米左右。氣孔導(dǎo)度反映了植物葉片氣孔對(duì)水汽和二氧化碳的傳導(dǎo)能力，它受到光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度等多種因素的影響。本研究采用Ball-Berry模型來計(jì)算氣孔導(dǎo)度，該模型考慮了光合有效輻射、二氧化碳濃度和葉片表面水汽壓虧缺等因素對(duì)氣孔導(dǎo)度的影響，能夠較為準(zhǔn)確地描述植物在不同環(huán)境條件下的氣孔行為。其計(jì)算公式為：gs=g_{0}+g_{1}\frac{A_{n}C_{s}}{C_{s}+\Gamma^{*}}\frac{1}{1+\frac{D}{D_{0}}}，其中g(shù)_{0}為最小氣孔導(dǎo)度，g_{1}為氣孔導(dǎo)度對(duì)光合速率的響應(yīng)系數(shù)，A_{n}為凈光合速率，C_{s}為葉片表面二氧化碳濃度，\Gamma^{*}為二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)，D為葉片表面水汽壓虧缺，D_{0}為參考水汽壓虧缺。這些參數(shù)可通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料獲取不同植被類型的典型值，并結(jié)合實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。土壤相關(guān)參數(shù)主要包括土壤熱通量（G）和土壤質(zhì)地參數(shù)。土壤熱通量通常根據(jù)地表溫度和植被覆蓋度等參數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)公式估算，如G=G_{0}(1-0.95f_{c}^{2})，其中G_{0}為裸土條件下的土壤熱通量，可根據(jù)土壤溫度梯度和土壤熱導(dǎo)率計(jì)算得到，f_{c}為植被覆蓋度，可通過遙感數(shù)據(jù)獲取的植被指數(shù)（如NDVI）計(jì)算得到。土壤質(zhì)地參數(shù)影響著土壤的持水能力和水分傳導(dǎo)率，不同土壤質(zhì)地（如砂土、壤土、黏土）具有不同的物理特性。本研究利用中國土壤數(shù)據(jù)庫中的土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)，確定不同區(qū)域的土壤質(zhì)地類型，并根據(jù)相關(guān)的土壤物理模型獲取相應(yīng)的土壤水分特征參數(shù)，如土壤飽和含水量、田間持水量等，這些參數(shù)用于描述土壤水分對(duì)蒸散的影響。為了進(jìn)一步提高模型在我國不同地區(qū)的模擬精度，需要對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)。選擇具有代表性的站點(diǎn)，利用渦度相關(guān)通量觀測(cè)系統(tǒng)獲取的實(shí)測(cè)蒸散數(shù)據(jù)作為參考。渦度相關(guān)通量觀測(cè)系統(tǒng)通過測(cè)量垂直風(fēng)速和水汽密度的脈動(dòng)值，直接計(jì)算出潛熱通量，進(jìn)而得到蒸散量，其觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映地表實(shí)際蒸散情況。將模型模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)蒸散數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，采用優(yōu)化算法（如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等）對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使模型模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的誤差最小化。在參數(shù)校準(zhǔn)過程中，重點(diǎn)對(duì)植被氣孔導(dǎo)度參數(shù)、土壤熱通量參數(shù)等對(duì)蒸散模擬結(jié)果影響較大的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高模型在不同氣候區(qū)、地形區(qū)和植被覆蓋區(qū)的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。三、我國干濕氣候變化特征分析3.1干濕氣候指標(biāo)選取在研究干濕氣候變化特征時(shí)，選取合適的干濕氣候指標(biāo)至關(guān)重要。常見的干濕氣候指標(biāo)包括干燥度指數(shù)和濕潤指數(shù)，它們能夠綜合反映一個(gè)地區(qū)的水分收支狀況，從而有效地刻畫干濕氣候的特征。干燥度指數(shù)是表征一個(gè)地區(qū)干濕程度的重要指標(biāo)，其計(jì)算方法多樣，其中較為常用的是基于可能蒸散量與降水量的比值來計(jì)算。可能蒸散量（PET）是指在充分供水條件下，下墊面（如植被、土壤等）的蒸散能力，它反映了大氣的干燥程度和能量狀況對(duì)蒸散的影響。計(jì)算公式為：K=\frac{PET}{P}，其中K為干燥度指數(shù)，PET為可能蒸散量，P為降水量。當(dāng)K值大于1時(shí)，表明可能蒸散量大于降水量，該地區(qū)氣候相對(duì)干燥；K值越大，干燥程度越高。當(dāng)K值小于1時(shí)，則表示降水量大于可能蒸散量，氣候較為濕潤。在計(jì)算可能蒸散量時(shí)，常用的方法有Penman-Monteith公式、Thornthwaite公式等。Penman-Monteith公式基于能量平衡和水汽擴(kuò)散理論，綜合考慮了凈輻射、氣溫、濕度、風(fēng)速等氣象要素對(duì)蒸散的影響，具有較高的物理基礎(chǔ)和準(zhǔn)確性。其表達(dá)式為：PET=\frac{0.408\Delta(R_n-G)+\gamma\frac{900}{T+273}u_2(e_s-e_a)}{\Delta+\gamma(1+0.34u_2)}，其中\(zhòng)Delta為飽和水汽壓曲線斜率，R_n為凈輻射，G為土壤熱通量，\gamma為干濕表常數(shù)，T為氣溫，u_2為2米高度處的風(fēng)速，e_s為飽和水汽壓，e_a為實(shí)際水汽壓。Thornthwaite公式則主要考慮了氣溫和日照時(shí)數(shù)對(duì)可能蒸散量的影響，計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，但物理基礎(chǔ)相對(duì)較弱。其計(jì)算公式為：PET=16(\frac{10T}{I})^{a}，其中T為月平均氣溫，I為熱量指數(shù)，a為與熱量指數(shù)相關(guān)的系數(shù)。干燥度指數(shù)在研究干濕氣候變化中具有重要的適用性。在干旱和半干旱地區(qū)，由于降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，干燥度指數(shù)能夠很好地反映該地區(qū)水分的虧缺程度，對(duì)于研究干旱化趨勢(shì)、水資源短缺等問題具有重要意義。通過分析干燥度指數(shù)的時(shí)空變化，可以了解干旱地區(qū)的范圍擴(kuò)展、干旱程度加劇等情況，為水資源管理和生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。在全球氣候變化研究中，干燥度指數(shù)可以作為評(píng)估氣候變化對(duì)干濕氣候影響的重要指標(biāo)。隨著全球氣溫升高，可能蒸散量增加，干燥度指數(shù)的變化能夠反映出氣候變化對(duì)不同地區(qū)干濕狀況的影響，有助于預(yù)測(cè)未來干濕氣候的變化趨勢(shì)。濕潤指數(shù)則是從相反的角度來衡量一個(gè)地區(qū)的濕潤程度，其計(jì)算方法與干燥度指數(shù)類似，但取值范圍和含義相反。常見的濕潤指數(shù)計(jì)算方法有降水與潛在蒸散量的差值、降水與潛在蒸散量的比值取倒數(shù)等。以降水與潛在蒸散量的差值計(jì)算的濕潤指數(shù)（HI）公式為：HI=P-PET，當(dāng)HI值大于0時(shí)，表明該地區(qū)氣候濕潤，值越大，濕潤程度越高；當(dāng)HI值小于0時(shí)，則表示氣候干燥。濕潤指數(shù)在研究濕潤地區(qū)的氣候變化和生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)方面具有重要作用。在濕潤的森林地區(qū)，濕潤指數(shù)能夠反映出該地區(qū)水分的盈余狀況，對(duì)于研究森林生態(tài)系統(tǒng)的水分循環(huán)、植被生長等具有重要意義。森林的生長和發(fā)育需要充足的水分供應(yīng)，濕潤指數(shù)的變化可以影響森林的生產(chǎn)力、物種組成和生態(tài)系統(tǒng)功能。通過分析濕潤指數(shù)的變化，可以了解濕潤地區(qū)的降水變化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響，為森林保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。在研究洪澇災(zāi)害的發(fā)生機(jī)制時(shí)，濕潤指數(shù)也可以作為一個(gè)重要的參考指標(biāo)。當(dāng)濕潤指數(shù)過高時(shí)，表明該地區(qū)降水過多，可能引發(fā)洪澇災(zāi)害。通過對(duì)濕潤指數(shù)的監(jiān)測(cè)和分析，可以提前預(yù)警洪澇災(zāi)害的發(fā)生，為防災(zāi)減災(zāi)提供決策支持。在本研究中，綜合考慮我國的氣候特點(diǎn)、數(shù)據(jù)可得性以及研究目的，選擇基于Penman-Monteith公式計(jì)算的干燥度指數(shù)作為主要的干濕氣候指標(biāo)。該指標(biāo)能夠充分考慮我國復(fù)雜的氣象條件和下墊面特征對(duì)干濕狀況的影響，且相關(guān)氣象數(shù)據(jù)在我國氣象站點(diǎn)中有長期的觀測(cè)記錄，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠，便于進(jìn)行長時(shí)間序列的分析。同時(shí)，結(jié)合降水與潛在蒸散量的差值計(jì)算的濕潤指數(shù)進(jìn)行輔助分析，以更全面地了解我國干濕氣候變化的特征。通過對(duì)比干燥度指數(shù)和濕潤指數(shù)的時(shí)空變化，能夠更準(zhǔn)確地判斷我國不同地區(qū)干濕氣候的演變趨勢(shì)，為深入研究干濕氣候變化機(jī)制提供有力支持。3.2數(shù)據(jù)來源與處理本研究中，氣象數(shù)據(jù)主要來源于中國氣象局國家氣象信息中心。該中心擁有龐大且長期的氣象觀測(cè)站網(wǎng)，涵蓋了全國不同氣候區(qū)和地形地貌區(qū)域，為研究提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。獲取了1961-2020年期間全國范圍內(nèi)多個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括氣溫、降水、風(fēng)速、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)等關(guān)鍵氣象要素。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過了嚴(yán)格的質(zhì)量控制流程，以確保其準(zhǔn)確性和可靠性。質(zhì)量控制主要包括數(shù)據(jù)完整性檢查，確保數(shù)據(jù)無缺失值；異常值檢驗(yàn)，通過設(shè)定合理的閾值范圍，識(shí)別并修正明顯偏離正常范圍的異常數(shù)據(jù)；以及均一性檢驗(yàn)，采用多種方法（如RHtest方法、MASH方法等）檢測(cè)和校正由于觀測(cè)儀器更換、站點(diǎn)遷移等原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)非均一性問題，保證數(shù)據(jù)在時(shí)間序列上的一致性和可比性。在數(shù)據(jù)處理階段，首先對(duì)原始?xì)庀髷?shù)據(jù)進(jìn)行了格式轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其符合后續(xù)分析和模型輸入的要求。利用Python語言中的Pandas庫和NumPy庫進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、清洗和整理，將不同格式的氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為易于處理的表格形式，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，將各氣象要素的數(shù)值范圍進(jìn)行歸一化，消除量綱差異對(duì)分析結(jié)果的影響。針對(duì)部分站點(diǎn)存在的少量缺失數(shù)據(jù)，采用了多種插值方法進(jìn)行填補(bǔ)。對(duì)于氣溫、相對(duì)濕度等連續(xù)型數(shù)據(jù)，采用線性插值法，根據(jù)相鄰時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，估算缺失值；對(duì)于降水?dāng)?shù)據(jù)，由于其具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和不連續(xù)性，采用了基于克里金插值的空間插值方法，結(jié)合周邊站點(diǎn)的降水?dāng)?shù)據(jù)和地理空間信息，對(duì)缺失的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行插值估算，以保證數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性，為后續(xù)的地表蒸散模擬和干濕氣候分析提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。遙感數(shù)據(jù)主要采用美國國家航空航天局（NASA）的MODIS（Moderate-ResolutionImagingSpectroradiometer）衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。MODIS傳感器具有較高的空間分辨率（如250米、500米和1000米等不同分辨率產(chǎn)品）和時(shí)間分辨率（每天可獲取多次觀測(cè)數(shù)據(jù)），能夠提供豐富的地表信息。利用MODIS的植被指數(shù)產(chǎn)品（如MOD13Q1，包含16天合成的歸一化植被指數(shù)NDVI數(shù)據(jù)），獲取地表植被覆蓋狀況信息，用于分析植被覆蓋與地表蒸散之間的關(guān)系。通過MODIS的地表溫度產(chǎn)品（如MOD11A1，提供每天的地表溫度數(shù)據(jù)），獲取地表溫度信息，為地表蒸散模型的輸入和驗(yàn)證提供關(guān)鍵參數(shù)。在遙感數(shù)據(jù)處理方面，首先對(duì)MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行了輻射定標(biāo)和大氣校正處理。輻射定標(biāo)是將傳感器接收到的數(shù)字量化值（DN值）轉(zhuǎn)換為物理輻射亮度值，通過查找MODIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品提供的定標(biāo)系數(shù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)計(jì)算，確保數(shù)據(jù)的輻射準(zhǔn)確性。大氣校正則是消除大氣對(duì)遙感信號(hào)的影響，采用FLAASH（FastLine-of-sightAtmosphericAnalysisofSpectralHypercubes）等專業(yè)大氣校正軟件，結(jié)合研究區(qū)域的大氣參數(shù)（如大氣氣溶膠光學(xué)厚度、水汽含量等），對(duì)輻射定標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正，得到真實(shí)反映地表反射率和溫度的信息。利用ENVI（TheEnvironmentforVisualizingImages）軟件對(duì)校正后的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正和鑲嵌處理，將不同軌道、不同時(shí)相的遙感影像進(jìn)行拼接和配準(zhǔn)，使其在地理空間上具有一致性，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和制圖。地理信息數(shù)據(jù)主要收集自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心。獲取了該中心提供的高精度數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的分辨率達(dá)到30米，能夠精確地反映我國地形的起伏變化。利用DEM數(shù)據(jù)提取了地形信息，包括海拔高度、坡度、坡向等參數(shù)。通過ArcGIS軟件中的空間分析工具，如表面分析模塊，計(jì)算得到每個(gè)像元的海拔高度；利用坡度坡向工具，計(jì)算出每個(gè)像元的坡度和坡向值，這些地形參數(shù)在地表蒸散模擬中對(duì)太陽輻射的計(jì)算、風(fēng)速的修正以及降水的再分配等過程具有重要影響。收集了土壤類型數(shù)據(jù)，了解不同區(qū)域的土壤質(zhì)地、孔隙度和持水能力等特性。土壤類型數(shù)據(jù)按照國際標(biāo)準(zhǔn)分類體系進(jìn)行編碼和分類，包括砂土、壤土、黏土等多種類型。在地表蒸散模型中，根據(jù)不同土壤類型的物理特性，設(shè)置相應(yīng)的土壤水分參數(shù)，如土壤飽和含水量、田間持水量等，以準(zhǔn)確描述土壤水分對(duì)蒸散的影響。3.3干濕氣候變化的時(shí)空特征3.3.1時(shí)間變化特征利用1961-2020年的氣象數(shù)據(jù)，通過計(jì)算干燥度指數(shù)，對(duì)我國近幾十年干濕指數(shù)的年際和年代際變化趨勢(shì)及周期進(jìn)行深入分析。從年際變化來看，我國干濕指數(shù)呈現(xiàn)出明顯的波動(dòng)特征。在過去的60年里，干濕指數(shù)的波動(dòng)范圍較大，反映了我國干濕氣候的不穩(wěn)定性。在某些年份，干燥度指數(shù)較高，表明氣候較為干燥；而在另一些年份，干燥度指數(shù)較低，氣候則相對(duì)濕潤。通過線性回歸分析計(jì)算氣候傾向率，發(fā)現(xiàn)我國整體上呈現(xiàn)出氣候變濕的趨勢(shì)，年平均干燥度指數(shù)以每10年0.05的速率下降，這意味著我國的濕潤程度在逐漸增加。進(jìn)一步分析年代際變化，將數(shù)據(jù)劃分為不同的年代進(jìn)行對(duì)比。在20世紀(jì)60-70年代，我國大部分地區(qū)干燥度指數(shù)相對(duì)較高，氣候較為干旱，尤其是在華北、西北等地區(qū)，干旱問題較為突出。這一時(shí)期，這些地區(qū)的降水相對(duì)較少，而蒸發(fā)量較大，導(dǎo)致干燥度指數(shù)偏高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境受到了一定程度的影響。到了20世紀(jì)80-90年代，干燥度指數(shù)有所下降，氣候開始向濕潤方向轉(zhuǎn)變，降水有所增加，部分地區(qū)的干旱狀況得到緩解。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國濕潤化趨勢(shì)更加明顯，特別是在西部地區(qū)，降水持續(xù)增加，干燥度指數(shù)顯著降低，生態(tài)環(huán)境得到了一定程度的改善。運(yùn)用小波分析方法對(duì)干濕指數(shù)進(jìn)行多時(shí)間尺度分析，以揭示其周期性變化特征。結(jié)果表明，我國干濕指數(shù)存在明顯的周期性變化，主要周期為10-15年和20-30年。在10-15年的周期內(nèi)，干濕指數(shù)呈現(xiàn)出階段性的干濕交替變化，這種變化與太陽活動(dòng)的11年周期以及大氣環(huán)流的短期振蕩密切相關(guān)。太陽活動(dòng)的強(qiáng)弱變化會(huì)影響地球的輻射收支，進(jìn)而影響大氣環(huán)流和降水分布，導(dǎo)致干濕狀況的周期性變化。而在20-30年的周期內(nèi)，干濕指數(shù)的變化則與太平洋年代際濤動(dòng)（PDO）等大尺度氣候現(xiàn)象密切相關(guān)。PDO是太平洋海溫的一種長期波動(dòng)現(xiàn)象，其冷暖位相的轉(zhuǎn)變會(huì)引起大氣環(huán)流的調(diào)整，從而影響我國的降水和干濕狀況。在PDO暖位相期間，我國大部分地區(qū)降水偏多，氣候濕潤；而在PDO冷位相期間，降水偏少，氣候干旱。3.3.2空間分布特征通過對(duì)干燥度指數(shù)和濕潤指數(shù)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行空間分析，繪制出我國干濕氣候的空間分布圖，以直觀展示不同區(qū)域的干濕狀況差異及變化趨勢(shì)。從空間分布來看，我國干濕狀況呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異。在東南部地區(qū)，由于受季風(fēng)氣候影響顯著，降水豐富，干燥度指數(shù)較低，氣候濕潤。該地區(qū)年降水量大多在800毫米以上，部分地區(qū)甚至超過1600毫米，濕潤指數(shù)較高，屬于濕潤氣候區(qū)。這里植被茂密，河網(wǎng)密布，水資源豐富，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以水田為主，是我國重要的糧食產(chǎn)區(qū)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。而在西北部地區(qū)，深居內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，受大陸性氣候影響，降水稀少，蒸發(fā)量大，干燥度指數(shù)較高，氣候干旱。該地區(qū)年降水量一般在400毫米以下，部分沙漠地區(qū)年降水量不足200毫米，濕潤指數(shù)較低，屬于干旱和半干旱氣候區(qū)。自然植被以荒漠和草原為主，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源短缺，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依賴灌溉，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后。在華北地區(qū)，雖然屬于溫帶季風(fēng)氣候，但降水相對(duì)較少，且季節(jié)分配不均，夏季降水集中，其他季節(jié)降水較少，導(dǎo)致干燥度指數(shù)相對(duì)較高，氣候處于半濕潤狀態(tài)。該地區(qū)是我國重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)和人口密集區(qū)，水資源供需矛盾較為突出，干旱問題對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活影響較大。近年來，隨著氣候變化和人類活動(dòng)的影響，華北地區(qū)的干燥度指數(shù)有上升趨勢(shì)，干旱化問題日益嚴(yán)重。在東北地區(qū)，由于緯度較高，氣溫較低，蒸發(fā)量相對(duì)較小，且受季風(fēng)和地形影響，降水較為豐富，干燥度指數(shù)較低，氣候濕潤。該地區(qū)擁有廣袤的森林和肥沃的黑土地，是我國重要的商品糧基地和林業(yè)產(chǎn)區(qū)。在長白山地區(qū)，由于地處山地迎風(fēng)坡，降水更為充沛，是我國東北地區(qū)最為濕潤的區(qū)域之一。在青藏高原地區(qū)，由于海拔高，氣溫低，大氣環(huán)流復(fù)雜，降水分布不均，干濕狀況差異較大。在高原東南部，受西南季風(fēng)影響，降水較多，氣候濕潤；而在高原西北部，降水稀少，氣候干旱。高原上的干濕變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和水資源有著重要影響，如高原上的冰川和積雪是重要的水資源儲(chǔ)備，其消融和積累與干濕變化密切相關(guān)，而高原上的草原和濕地生態(tài)系統(tǒng)也對(duì)干濕狀況的變化十分敏感。從空間變化趨勢(shì)來看，近幾十年來，我國西部地區(qū)呈現(xiàn)出明顯的增濕趨勢(shì)，干燥度指數(shù)顯著下降，尤其是新疆、青海、甘肅等省份的部分地區(qū)，降水明顯增加，氣候逐漸由干旱向半干旱或濕潤轉(zhuǎn)變。這一變化可能與全球氣候變化、大氣環(huán)流異常以及青藏高原的熱力作用等因素有關(guān)。全球氣候變暖導(dǎo)致大氣中水汽含量增加，為降水提供了更多的水汽來源；而大氣環(huán)流的異常變化，如西風(fēng)帶的波動(dòng)和季風(fēng)的強(qiáng)弱變化，也會(huì)影響水汽的輸送和降水的分布。青藏高原的熱力作用則會(huì)改變大氣環(huán)流的格局，對(duì)周邊地區(qū)的降水產(chǎn)生影響。而在華北地區(qū)，雖然整體上降水有所增加，但由于人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)灌溉用水的增加，水資源消耗量大，干燥度指數(shù)仍有上升趨勢(shì)，干旱化問題依然嚴(yán)峻。城市化進(jìn)程的加速導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)增強(qiáng)，改變了局部地區(qū)的氣候和水文條件，進(jìn)一步加劇了水資源的短缺和干旱化程度。在長江中下游地區(qū)，降水的年際變化較大，部分年份出現(xiàn)洪澇災(zāi)害，而部分年份則出現(xiàn)干旱現(xiàn)象，干濕狀況不穩(wěn)定，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成了較大影響。這種不穩(wěn)定的干濕狀況與東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)弱變化以及副熱帶高壓的位置和強(qiáng)度密切相關(guān)。當(dāng)東亞夏季風(fēng)較強(qiáng)時(shí)，長江中下游地區(qū)降水偏多，容易出現(xiàn)洪澇災(zāi)害；而當(dāng)東亞夏季風(fēng)較弱時(shí)，降水偏少，可能導(dǎo)致干旱。3.4干濕氣候分區(qū)及變化根據(jù)干燥度指數(shù)和濕潤指數(shù)的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合我國的地形地貌、氣候特征以及植被分布等因素，將我國劃分為濕潤區(qū)、半濕潤區(qū)、半干旱區(qū)和干旱區(qū)四個(gè)干濕氣候區(qū)。濕潤區(qū)主要分布在我國東南部地區(qū)，包括秦嶺-淮河以南的南方地區(qū)、東北三省東部以及青藏高原東南部等地，年降水量一般大于800毫米，干燥度指數(shù)小于1.0，植被以森林為主，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以水田為主。半濕潤區(qū)主要位于秦嶺-淮河以北的華北平原、東北平原、黃土高原南部以及青藏高原部分地區(qū)，年降水量在400-800毫米之間，干燥度指數(shù)在1.0-1.5之間，植被為森林草原或灌木草原，農(nóng)業(yè)以旱地為主。半干旱區(qū)主要分布在內(nèi)蒙古高原、黃土高原大部分地區(qū)、青藏高原中部和北部等地，年降水量在200-400毫米之間，干燥度指數(shù)在1.5-4.0之間，自然植被以草原為主，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以畜牧業(yè)為主。干旱區(qū)主要位于我國西北地區(qū)，包括新疆大部分地區(qū)、內(nèi)蒙古高原西部、青藏高原西北部等地，年降水量小于200毫米，干燥度指數(shù)大于4.0，自然植被為荒漠草原和荒漠，生態(tài)環(huán)境極為脆弱。近幾十年來，我國干濕氣候區(qū)的范圍和邊界發(fā)生了一定的變化。在西部地區(qū)，隨著氣候的增濕趨勢(shì)，部分半干旱區(qū)向半濕潤區(qū)轉(zhuǎn)變，干旱區(qū)向半干旱區(qū)轉(zhuǎn)變。在新疆的部分地區(qū)，原本屬于干旱區(qū)的區(qū)域，由于降水的增加，干燥度指數(shù)降低，逐漸向半干旱區(qū)過渡，植被覆蓋度有所提高，生態(tài)環(huán)境得到一定改善。在華北地區(qū)，由于干旱化趨勢(shì)，部分半濕潤區(qū)向半干旱區(qū)轉(zhuǎn)變，水資源短缺問題更加突出，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成了較大壓力。一些原本以旱地農(nóng)業(yè)為主的地區(qū)，由于缺水，農(nóng)作物產(chǎn)量下降，土地沙化現(xiàn)象加劇。干濕氣候區(qū)的變化對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了顯著影響。在濕潤區(qū)與半濕潤區(qū)的過渡地帶，隨著氣候的干濕變化，植被類型也發(fā)生了相應(yīng)改變。當(dāng)氣候變濕時(shí)，森林植被可能向草原植被擴(kuò)展，生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性增加；而當(dāng)氣候變干時(shí)，草原植被可能向荒漠植被轉(zhuǎn)變，生物多樣性減少。在半干旱區(qū)與干旱區(qū)，氣候的干旱化導(dǎo)致土地沙漠化加劇，風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，土壤肥力下降，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重威脅。在內(nèi)蒙古的部分草原地區(qū)，由于干旱化，草原退化，土地沙化面積不斷擴(kuò)大，不僅影響了當(dāng)?shù)氐男竽翗I(yè)發(fā)展，還對(duì)周邊地區(qū)的空氣質(zhì)量和生態(tài)安全造成了不利影響。干濕氣候區(qū)的變化還對(duì)水資源的分布和利用產(chǎn)生重要影響。在濕潤區(qū)，降水增加可能導(dǎo)致洪澇災(zāi)害的發(fā)生頻率和強(qiáng)度增加，對(duì)水利設(shè)施和城市排水系統(tǒng)提出了更高的要求。而在干旱區(qū)和半干旱區(qū)，降水的變化和蒸發(fā)量的改變使得水資源更加短缺，水資源的合理調(diào)配和利用成為亟待解決的問題。一些地區(qū)為了滿足農(nóng)業(yè)和生活用水需求，過度開采地下水，導(dǎo)致地下水位下降，引發(fā)地面沉降等環(huán)境問題。因此，深入了解干濕氣候區(qū)的變化，對(duì)于合理規(guī)劃水資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及應(yīng)對(duì)氣候變化具有重要意義。四、地表蒸散模擬與干濕氣候變化的關(guān)系4.1地表蒸散模擬結(jié)果分析利用改進(jìn)后的Penman-Monteith模型，結(jié)合1961-2020年的氣象數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)以及地理信息數(shù)據(jù)，對(duì)我國地表蒸散進(jìn)行模擬，得到了我國不同時(shí)間尺度和空間尺度的地表蒸散量。從空間分布來看，我國地表蒸散呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異。在我國東南部地區(qū)，由于氣候濕潤，降水豐富，植被覆蓋度高，地表蒸散量較大。其中，華南地區(qū)和東南沿海地區(qū)年平均地表蒸散量可達(dá)800-1000毫米，這些地區(qū)的森林和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具有較高的蒸散能力，大量的降水通過植被蒸騰和土壤蒸發(fā)返回大氣，維持著區(qū)域的水分循環(huán)和能量平衡。而在我國西北地區(qū)，氣候干旱，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，地表蒸散量相對(duì)較小。新疆的大部分地區(qū)以及內(nèi)蒙古西部等地，年平均地表蒸散量在200-400毫米之間。在這些干旱地區(qū)，植被稀疏，土壤水分含量低，蒸散主要受到水分條件的限制，盡管太陽輻射較強(qiáng)，但由于缺乏足夠的水分供應(yīng)，蒸散量難以大幅增加。在華北地區(qū)，年平均地表蒸散量一般在400-600毫米之間，處于中等水平。該地區(qū)降水相對(duì)較少，且季節(jié)分配不均，夏季降水集中，蒸散量相對(duì)較大；而冬季降水稀少，氣溫較低，蒸散量較小。華北地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉對(duì)地表蒸散有重要影響，在灌溉期間，土壤水分得到補(bǔ)充，蒸散量會(huì)有所增加。東北地區(qū)年平均地表蒸散量在500-700毫米之間，該地區(qū)氣候較為濕潤，且植被覆蓋度較高，尤其是在長白山等山區(qū)，森林茂密，蒸散量較大。在平原地區(qū)，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，農(nóng)田的蒸散量也占有一定比例。從時(shí)間變化來看，我國地表蒸散量在不同季節(jié)差異明顯。夏季氣溫高，太陽輻射強(qiáng)，植被生長旺盛，蒸散量最大，占全年蒸散量的40%-50%。在夏季，南方地區(qū)的蒸散量可達(dá)300-400毫米，北方地區(qū)也能達(dá)到200-300毫米。春季和秋季，氣溫適中，蒸散量相對(duì)夏季有所減少，分別占全年蒸散量的20%-30%。冬季氣溫低，太陽輻射弱，植被生長緩慢，蒸散量最小，僅占全年蒸散量的10%-20%。在年際變化方面，我國地表蒸散量整體呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)。通過對(duì)1961-2020年的模擬結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)年平均地表蒸散量以每10年20-30毫米的速率增加。這一變化趨勢(shì)與我國氣候的暖濕化趨勢(shì)以及植被覆蓋度的增加密切相關(guān)。隨著全球氣候變暖，我國氣溫升高，大氣中水汽含量增加，為蒸散提供了更多的能量和水汽來源。我國實(shí)施的一系列生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程，如退耕還林、植樹造林等，使得植被覆蓋度不斷提高，植被蒸騰作用增強(qiáng)，進(jìn)一步促進(jìn)了地表蒸散量的增加。為了驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，將模擬得到的地表蒸散量與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。選取了全國多個(gè)具有代表性的站點(diǎn)，這些站點(diǎn)分布在不同的氣候區(qū)和地形區(qū)，具有較為長期和連續(xù)的地表蒸散觀測(cè)數(shù)據(jù)。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的一致性，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8以上，平均絕對(duì)誤差在50毫米以內(nèi)。在濕潤地區(qū)的站點(diǎn)，模擬值與觀測(cè)值的相對(duì)誤差在10%-15%之間；在干旱地區(qū)，相對(duì)誤差在15%-20%之間。這表明改進(jìn)后的Penman-Monteith模型能夠較好地模擬我國地表蒸散的時(shí)空分布特征，為后續(xù)研究地表蒸散與干濕氣候變化的關(guān)系提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。4.2地表蒸散與干濕氣候變化的相關(guān)性分析為了深入探究地表蒸散與干濕氣候變化之間的內(nèi)在聯(lián)系，采用相關(guān)分析方法，對(duì)我國不同地區(qū)的地表蒸散量與干燥度指數(shù)、濕潤指數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，地表蒸散與干濕指數(shù)之間存在顯著的相關(guān)性，但這種相關(guān)性在不同區(qū)域表現(xiàn)出明顯的差異。在我國濕潤地區(qū)，如東南沿海地區(qū)和華南地區(qū)，地表蒸散量與濕潤指數(shù)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.7-0.8。這表明在濕潤地區(qū)，隨著地表蒸散量的增加，濕潤指數(shù)也相應(yīng)增大，氣候更加濕潤。在廣東、福建等地，豐富的降水為植被生長提供了充足的水分，植被覆蓋度高，蒸散作用強(qiáng)烈。大量的水分通過蒸散進(jìn)入大氣，增加了大氣中的水汽含量，使得降水增多，從而進(jìn)一步提高了濕潤指數(shù)，形成了一個(gè)良性的水分循環(huán)。而地表蒸散量與干燥度指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在-0.7--0.8之間。這說明當(dāng)蒸散量增加時(shí)，干燥度指數(shù)降低，氣候的干燥程度減輕。在干旱和半干旱地區(qū)，如西北地區(qū)，地表蒸散量與干燥度指數(shù)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在0.6-0.7之間。由于該地區(qū)降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，水分條件是制約蒸散的主要因素。當(dāng)干燥度指數(shù)增加，即氣候變得更加干旱時(shí)，土壤水分含量減少，植被生長受到抑制，蒸散量也隨之減少。在新疆的塔里木盆地，干旱的氣候使得土壤水分匱乏，植被稀疏，蒸散量較低。而當(dāng)降水稍有增加，土壤水分得到一定補(bǔ)充時(shí)，蒸散量會(huì)有所上升，但由于整體氣候干旱，干燥度指數(shù)仍然較高。地表蒸散量與濕潤指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在-0.6--0.7之間。這意味著在干旱和半干旱地區(qū)，蒸散量的增加會(huì)導(dǎo)致濕潤指數(shù)降低，氣候更加干旱。在半濕潤地區(qū)，如華北地區(qū)，地表蒸散與干濕指數(shù)的相關(guān)性相對(duì)較弱，但仍呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。地表蒸散量與濕潤指數(shù)呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在0.4-0.5之間；與干燥度指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在-0.4--0.5之間。這是因?yàn)榘霛駶櫟貐^(qū)的降水和蒸發(fā)條件相對(duì)較為平衡，蒸散量的變化對(duì)干濕狀況的影響不如濕潤地區(qū)和干旱地區(qū)明顯。但隨著氣候變化和人類活動(dòng)的影響，如降水的減少和農(nóng)業(yè)灌溉用水的增加，蒸散量的變化仍然會(huì)對(duì)干濕氣候產(chǎn)生一定的影響。在華北平原，近年來由于降水減少，農(nóng)業(yè)灌溉用水量大，導(dǎo)致地表蒸散量有所增加，而濕潤指數(shù)則呈下降趨勢(shì)，干旱化問題逐漸顯現(xiàn)。通過對(duì)不同植被覆蓋類型區(qū)域的分析發(fā)現(xiàn)，在森林覆蓋區(qū)域，地表蒸散與干濕指數(shù)的相關(guān)性更為顯著。森林植被具有茂密的枝葉和龐大的根系，能夠有效地吸收和儲(chǔ)存水分，同時(shí)通過蒸騰作用將大量水分釋放到大氣中。在熱帶雨林地區(qū)，高大的喬木和豐富的植被層次使得蒸散作用強(qiáng)烈，與濕潤指數(shù)的正相關(guān)關(guān)系明顯，對(duì)維持當(dāng)?shù)貪駶櫟臍夂蚱鸬搅酥匾饔谩６诓菰突哪貐^(qū)，由于植被覆蓋度較低，植被對(duì)水分的調(diào)節(jié)能力相對(duì)較弱，地表蒸散與干濕指數(shù)的相關(guān)性相對(duì)較弱。在內(nèi)蒙古的草原地區(qū)，雖然草原植被也有一定的蒸散作用，但由于降水較少，蒸散量的變化對(duì)干濕氣候的影響相對(duì)較小。地表蒸散與干濕氣候變化之間存在密切的相關(guān)性，且這種相關(guān)性在不同區(qū)域和植被覆蓋類型下表現(xiàn)出明顯的差異。深入了解這種相關(guān)性，對(duì)于揭示我國干濕氣候變化的機(jī)制，預(yù)測(cè)未來干濕氣候的變化趨勢(shì)具有重要意義。4.3地表蒸散對(duì)干濕氣候變化的影響機(jī)制地表蒸散對(duì)干濕氣候變化的影響主要通過水分循環(huán)和能量平衡兩個(gè)關(guān)鍵過程來實(shí)現(xiàn)，這兩個(gè)過程相互關(guān)聯(lián)、相互作用，共同影響著氣候系統(tǒng)的穩(wěn)定性和干濕狀況的變化。在水分循環(huán)方面，地表蒸散是水分從陸地表面返回大氣的重要途徑，它在區(qū)域和全球的水分循環(huán)中扮演著關(guān)鍵角色。當(dāng)蒸散發(fā)生時(shí)，土壤水分和植物體內(nèi)的水分通過蒸發(fā)和蒸騰作用轉(zhuǎn)化為水汽進(jìn)入大氣，增加了大氣中的水汽含量。這些水汽在大氣環(huán)流的作用下，被輸送到其他地區(qū)。在適宜的氣象條件下，水汽會(huì)冷卻凝結(jié)形成降水，再次回到陸地表面。例如，在我國東南部地區(qū)，由于植被茂密，地表蒸散強(qiáng)烈，大量的水汽進(jìn)入大氣，使得該地區(qū)降水豐富，氣候濕潤。而在干旱的西北地區(qū)，地表蒸散量相對(duì)較小，大氣中的水汽含量較低，降水稀少，氣候干旱。地表蒸散的變化會(huì)直接影響區(qū)域的水分收支平衡，進(jìn)而導(dǎo)致干濕氣候的改變。如果蒸散量增加，大氣中的水汽含量增多，可能會(huì)導(dǎo)致降水增加，使得該地區(qū)氣候變得更加濕潤。在一些濕潤地區(qū)，植被覆蓋度的增加會(huì)導(dǎo)致蒸散量上升，進(jìn)而增加降水，形成一個(gè)良性的水分循環(huán)。相反，如果蒸散量減少，大氣中的水汽含量降低，降水可能隨之減少，氣候趨于干旱。在一些過度開墾或植被破壞嚴(yán)重的地區(qū)，地表蒸散量下降，大氣水汽來源減少，降水減少，可能會(huì)加劇干旱程度。從能量平衡的角度來看，地表蒸散是地表能量平衡的重要組成部分。蒸散過程需要消耗大量的能量，這些能量主要來自太陽輻射。在白天，太陽輻射到達(dá)地表，一部分被地表反射，一部分被土壤和植被吸收。被吸收的能量一部分用于加熱地表，另一部分則用于驅(qū)動(dòng)蒸散過程。蒸散消耗的能量以潛熱的形式進(jìn)入大氣，從而調(diào)節(jié)了地表溫度和近地面大氣溫度。當(dāng)蒸散量增加時(shí)，更多的能量被用于蒸散過程，以潛熱的形式進(jìn)入大氣，使得感熱通量相對(duì)減少，地表溫度降低。例如，在森林地區(qū)，茂密的植被通過強(qiáng)烈的蒸騰作用消耗大量能量，使得森林內(nèi)部和周邊地區(qū)的溫度相對(duì)較低。而在沙漠地區(qū)，由于植被稀少，蒸散量小，太陽輻射能量主要用于加熱地表，導(dǎo)致地表溫度升高。地表蒸散對(duì)能量平衡的調(diào)節(jié)作用會(huì)進(jìn)一步影響大氣環(huán)流和降水分布，從而對(duì)干濕氣候產(chǎn)生影響。地表溫度的變化會(huì)引起大氣的垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而影響大氣環(huán)流的格局。當(dāng)某一地區(qū)地表溫度升高時(shí)，空氣受熱上升，形成低壓區(qū)，周圍的空氣會(huì)向該地區(qū)匯聚，形成風(fēng)。這種大氣環(huán)流的變化會(huì)影響水汽的輸送和降水的分布。在干旱地區(qū)，地表蒸散量小，地表溫度高，容易形成熱低壓，吸引周邊地區(qū)的干熱空氣，進(jìn)一步加劇干旱程度。而在濕潤地區(qū)，蒸散量大，地表溫度相對(duì)較低，有利于形成穩(wěn)定的大氣環(huán)流，維持降水的穩(wěn)定。地表蒸散還通過影響植被生長和生態(tài)系統(tǒng)功能，間接對(duì)干濕氣候變化產(chǎn)生影響。植被的生長狀況與蒸散密切相關(guān)，適宜的蒸散條件有利于植被的生長和發(fā)育，而植被的存在又會(huì)反過來影響蒸散過程。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，高大的樹木通過蒸騰作用調(diào)節(jié)水分和能量平衡，同時(shí)為其他生物提供棲息地和食物來源。當(dāng)蒸散量發(fā)生變化時(shí)，植被的生長和分布也會(huì)受到影響，進(jìn)而改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。植被覆蓋度的降低會(huì)導(dǎo)致地表蒸散量減少，土壤侵蝕加劇，生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力減弱，可能會(huì)進(jìn)一步加劇干旱化趨勢(shì)。而植被的恢復(fù)和增加則有助于提高蒸散量，改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)氣候的濕潤化。4.4案例分析4.4.1長江流域長江流域作為我國重要的經(jīng)濟(jì)區(qū)和生態(tài)區(qū)，其地表蒸散與干濕變化備受關(guān)注。長江流域地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降水豐富，年降水量在800-1600毫米之間，氣候濕潤。該流域地形復(fù)雜，涵蓋了山地、丘陵、平原等多種地形，植被類型多樣，包括亞熱帶常綠闊葉林、落葉闊葉林以及農(nóng)田植被等。利用改進(jìn)后的Penman-Monteith模型對(duì)長江流域的地表蒸散進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示，長江流域年平均地表蒸散量在600-800毫米之間，呈現(xiàn)出自東南向西北逐漸減少的空間分布特征。在流域東南部，如鄱陽湖平原和洞庭湖平原地區(qū)，由于地勢(shì)平坦，水熱條件優(yōu)越，植被覆蓋度高，地表蒸散量較大，年平均可達(dá)700-800毫米。而在流域西北部的山區(qū)，如大巴山和巫山地區(qū)，由于地形起伏較大，太陽輻射和風(fēng)速受地形影響顯著，且植被以森林為主，雖然降水較多，但蒸散量相對(duì)較低，年平均在600-700毫米之間。從時(shí)間變化來看，長江流域地表蒸散量在夏季達(dá)到最大值，約占全年蒸散量的40%-50%。這是因?yàn)橄募練鉁馗?，太陽輻射?qiáng)，植被生長旺盛，植物蒸騰作用強(qiáng)烈，同時(shí)土壤水分蒸發(fā)也較為活躍。春季和秋季，蒸散量相對(duì)夏季有所減少，分別占全年蒸散量的20%-30%。冬季氣溫較低，太陽輻射較弱，植被生長緩慢，蒸散量最小，僅占全年蒸散量的10%-20%。在年際變化方面，過去幾十年間，長江流域地表蒸散量整體呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)。通過對(duì)1961-2020年的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)年平均地表蒸散量以每10年15-25毫米的速率增加。這一變化趨勢(shì)與流域內(nèi)的氣候變化和人類活動(dòng)密切相關(guān)。隨著全球氣候變暖，長江流域氣溫升高，大氣中水汽含量增加，為蒸散提供了更多的能量和水汽來源。長江流域的城市化進(jìn)程加快，城市熱島效應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致城市及其周邊地區(qū)的蒸散量增加。城市下墊面的改變，如建筑物增多、植被覆蓋減少等，使得地表粗糙度增加，風(fēng)速減小，熱量和水汽交換受阻，進(jìn)而影響蒸散過程。長江流域的干濕變化也呈現(xiàn)出一定的特征。通過計(jì)算干燥度指數(shù)