2000-2014年寧夏草地蒸散時空特征及演變規律

劉可,杜靈通*,候靜, 胡悅, 朱玉果, 宮菲

(1.寧夏大學西北土地退化與生態恢復省部共建國家重點實驗室培育基地,寧夏 銀川 750021; 2.寧夏大學西北退化生態系統恢復與重建教育部重點實驗室,寧夏 銀川 750021)

蒸散(evapotranspiration，ET)是植被及地面向大氣輸送的水汽總通量，包括植物葉片蒸騰及來自土壤、水體和植物表面的蒸發，涉及植物生理學過程和空氣動力學過程[1]。蒸散是水文-生態過程耦合的紐帶[2]，在水圈、大氣圈和生物圈的水分循環和能量平衡過程中有著關鍵作用[3]，它決定著土壤-植被-大氣系統(soil-plant atmosphere continuum, SPAC)中的水分和熱量傳輸[4]，也是水循環過程中最重要、最難直接測量的分量之一[5]。Oki等[6]指出每年全球陸地有59%的降水通過蒸散返回大氣圈，而在干旱區甚至高達90%的有效降水消耗于蒸散過程[7]；由氣候變化引起的全球水循環變化必然影響地表蒸散過程，進而對干旱、半干旱地區的生態系統穩定性帶來諸多不確定性，因此氣候變化背景下準確掌握陸地生態系統的蒸散特征對于脆弱生態系統的維持和恢復具有重要的生態學意義。蒸散研究進入多過程大尺度階段之前[8]，水量平衡法、蒸散儀法、波文比-能量平衡法、空氣動力學法、渦度相關法和閃爍儀法等是測定蒸散的主要手段，但尺度擴展問題使得上述方法無法用于大尺度蒸散估算。而遙感技術因具有實時的空間觀測能力，在估算區域蒸散過程中有著無可比擬的優越性[9]，已經成為局地、區域乃至全球尺度蒸散估算的有力工具[10]。2011年，美國蒙大拿大學Mu等[11-12]改進Penman-Monteith公式，集合相關MODIS數據和全球氣象數據在蒸散反演算法上取得重大突破，開發出了全球陸地蒸散產品(MOD16)，現已應用到蒸散時空動態[13-15]、干旱監測[16]和全球變化[3]等研究中。一些學者也利用分布于南美[17]、中國[18-19]、南非[20]等不同土地利用類型和氣候區的EC(eddy covariance)通量站點數據對MOD16進行驗證，得出MOD16數據的精度普遍較好，可用于區域蒸散時空動態特征的研究。

寧夏處于中國季風區的西緣，特殊的氣候環境形成了類型多樣的草地，在長期的歷史發展進程中，農業與牧業、草地與荒漠相互交織，在一些地區形成了比較典型的農牧交錯復合生態系統。然而，寧夏20世紀七八十年代的過度墾殖與放牧，致使一些地區草地生態系統退化，生態功能萎縮，曾一度威脅到寧夏的生態安全，進入21世紀以來，當地政府適時地實施了退耕還草、封育禁牧等生態治理工程，使得部分草原地區的草地生態系統得以恢復。寧夏草地的命運變遷也引發了一些學者的關注，他們分別從土壤[21]、水分[22]、生物[23]等微觀生態因子著手，對寧夏草地生態系統的穩定性和維持機理開展大量基礎研究，但氣候變化背景下以水分為切入點的區域蒸散研究較少，且已有研究主要集中在參考蒸散[24]和潛在蒸散[25-26]層面，針對寧夏草地的實際蒸散特征研究尚處于空白，全區草地蒸散的本底信息還不明確，草地生態系統從破壞到重建的過程中，實際蒸散的格局動態和時空演化規律也鮮有報道，而掌握草地的蒸散特征和水分消耗規律，對制定科學合理的退化草地生態系統的恢復措施具有重要的現實意義。因此，本研究利用2000-2014年MOD16遙感蒸散數據，通過回歸分析、相關分析和重新標度極差分析等方法，研究了近15年寧夏草地的蒸散時空格局與演變規律，討論影響寧夏草地蒸散的可能影響因素，以期為區域農牧業發展、退化草地恢復與重建、水資源分配與合理利用提供科學依據和理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

圖1 寧夏草地分類圖Fig.1 The distribution of grassland classification in Ningxia

寧夏處于黃河上游，我國西北地區的東部邊緣，區內氣候由南向北自中溫帶半濕潤氣候向半干旱、干旱氣候類型過渡，多年平均降水量在166.9～647.3 mm之間，年平均氣溫5.3～9.9 ℃，呈北高南低分布；地勢自南向北階梯式逐漸下降，地貌類型復雜多樣。多樣的水熱組合形成了具有明顯地域分異特征的草地類型，全區由南向北既有草甸草原類、干草原類、荒漠草原類和草原化荒漠類的地帶性草地類型，也有因山地水熱分異或綠洲排灌而形成的低濕地草甸類、山地草甸類、干荒漠類、沼澤類、灌叢草原類和灌叢草甸類草地類型(圖1)[27]。

1.2 數據資料

遙感蒸散產品(MOD16)源自美國蒙大拿大學網站(http://ntsg.umt.edu/project/mod16)。根據研究區選擇衛星軌道號h26v05，分別下載2000-2014年期間的MOD16A3年蒸散數據，空間分辨率為1 km。由于原始數據是采用SIN投影的HDF文件格式存儲，因此用MRT(MODIS Reprojection tools)軟件進行批量裁剪和重投影。

氣象數據來自中國氣象科學數據共享網(http://data.cma.cn/)，獲取了寧夏及周邊共19個主要氣象站的年降水量、平均氣溫、平均相對濕度、平均風速等指標，由平均氣溫和平均濕度計算飽和水氣壓差(vapor pressure deficit, VPD)；并利用Anusplin[28]軟件進行空間插值，為提高插值精度，采用90 m的SRTM3數字高程模型和TRMM3B43降水速率數據集作為相應的協變量，生成近15年的1 km×1 km氣象要素空間柵格數據。

寧夏草地類型數據源自《寧夏暨毗鄰省(區)市(盟)經濟社會發展地圖集》的1∶120萬寧夏草場資源圖，掃描矢量化后定義投影，采用Albers雙標準緯線投影與MOD16保持一致。

1.3 研究方法

1.3.1回歸分析 為了定量描述寧夏草地蒸散的變化趨勢，綜合反映地表蒸散的時空特征，利用IDL編程對2000-2014年間的年ET序列進行逐像元最小二乘法回歸分析，計算回歸斜率，并采用F檢驗對擬合結果進行顯著性檢驗。

(1)

式中：slope為回歸斜率；n為研究時段；ETi為第i年的蒸散值；當slope>0說明蒸散處于增加趨勢，反之則是減少趨勢。結合蒸散變化趨勢和F檢驗(P=0.05)，可得到顯著上升、上升(但不顯著)、下降(但不顯著)、顯著性下降4種變化趨勢。

蒸散的影響因素分析采用多元回歸方法，利用SPSS軟件分析蒸散與降水、氣溫、飽和水汽壓差及風速等氣象因素的關系，構建多元回歸模型。分析之前，對數據進行Z-score標準化處理，以便計算各變量的貢獻率。

1.3.2相關分析 為了定量探討寧夏草地蒸散與相關氣象因素的關系，采用IDL編程逐像元計算蒸散與降水、氣溫、飽和水氣壓差和風速之間的Pearson相關系數，并進行F檢驗，當P<0.05時，相關性顯著。

1.3.3重新標度極差分析與Hurst指數 重新標度極差分析(rescaled range analysis，R/S)是英國水文學家Hurst提出的一種非線性時間序列分析方法。對于一個具有長程依賴性的時間序列，該序列不同時滯的極差和標準差的比值隨時滯而呈現冪律分布的趨勢，冪指數即為赫斯特指數(H)，據此判斷時間序列是遵從隨機游走還是有偏游走，進而診斷時間序列的未來走勢。若0.5

2 結果與分析

2.1 蒸散時間變化特征

2.1.1寧夏全區草地蒸散年際變化特征 2000-2014年，寧夏草地蒸散量介于177.51～274.43 mm，多年平均蒸散量為228.03 mm；2000年的平均蒸散量最低，僅為177.51 mm，低于多年平均值50.52 mm，相對變化率高達22.15%；2012年的平均蒸散量最高，達到274.43 mm，超出多年平均值46.40 mm，相對變化率為20.35%。寧夏草地蒸散總體呈增強趨勢，但趨勢并不顯著(1.59 mm·年-1，P=0.86)，年際波動極為明顯(圖2)，其中在2000和2006年前后分別形成了近15年來寧夏草地蒸散的兩個低谷，而2000-2003年和2008-2012年兩個階段，全區草地蒸散快速上升。造成這種蒸散年際波動的原因主要與極端氣象干旱有關，2000及2005年是寧夏近15年氣象降水的極端虧缺年[30]，極端干旱導致寧夏草地生態系統供水不足，蒸散出現低谷；強旱過后，草地植被的恢復會持續增強其生態系統的蒸散。而近15年草地整體蒸散的增強趨勢，與寧夏中南部大規模實施退耕還草和草原封育禁牧有一定關聯[31]，實施生態治理的草原區廣泛種植了檸條(Caraganakorshinskii)、沙棘(Hippophaerhamnoides)等植物，提升了草地的植被覆蓋度，進而增強了草地生態系統的蒸散。

圖2 2000-2014年寧夏草地蒸散及降水量變化Fig.2 Inter-annual variations of ET and precipitation in study area during 2000-2014

寧夏不同蒸散強度的草地面積統計結果表明(圖3)，2000-2014年，草地年均蒸散低于300 mm的區域占到寧夏草地總面積的74.6%以上，其中2000年達到了96.8%，這說明全區草地蒸散量總體較低；其中蒸散低于200 mm的草地面積年度變化較大，并顯著影響多年蒸散的波動走勢。高于300 mm的像元比例不高，但近15年的增長趨勢顯著，這與寧夏實施的系列生態治理工程有關。Mann-Kendall檢驗顯示(圖4)，寧夏近15年草地蒸散的UB和UF線分別在2001、2005和2011年出現交點，并在95%顯著性水平臨界線之間，這3年蒸散分別呈上升、下降和上升趨勢，可以認為寧夏草地蒸散的變化趨勢波動與多年降水量的變化有關。總體而言，近15年來UF線并未突破95%顯著性水平臨界線，蒸散上升趨勢不顯著，突變特征不明顯。為了解釋影響多年蒸散波動的主要因素，將寧夏草地蒸散與降水、氣溫、飽和水汽壓差和風速4個影響因子進行多元回歸分析，回歸方程為：ET=0.3341×P-222.5238×VPD+264.1310 (R2=0.69，F=13.328，P<0.05)，式中：P為降水量，VPD為飽和水汽壓差。回歸方程顯著，說明近15年來寧夏草地蒸散主要受降水和飽和水汽壓差影響，二者對蒸散的貢獻率分別為66.56%和33.44%，其中降水是驅動寧夏草地蒸散多年波動的主要因素。

圖3 寧夏草地不同蒸散強度的面積百分比Fig.3 The percentage of grassland at different ET intensity in Ningxia

圖4 寧夏2000-2014年草地蒸散的Mann-Kendall統計量曲線Fig.4 Mann-Kendall statistical curves of evapotranspiration of grassland of Ningxia during 2000-2014

2.1.2不同類型草地蒸散的時間變化特征 寧夏各草地類型的年平均蒸散量存在明顯差異(圖5A)，按照草甸草原類(479.68 mm)、山地草甸類(475.40 mm)、灌叢草甸類(415.13 mm)、干草原類(282.61 mm)、低濕地草甸類(234.04 mm)、沼澤類(214.46 mm)、荒漠草原類(197.04 mm)、草原化荒漠類(183.97 mm)、干荒漠類(182.99 mm)和灌叢草原類(172.51 mm)的順序遞減。具體來說，主要分布于南部山區的草甸草原類、山地草甸類和灌叢草甸類草地的植被覆蓋度高，可利用水分充沛，因而蒸散量遠高于其他類型草地；荒漠草原類、草原化荒漠類、干荒漠類和灌叢草原類草地多以旱生小禾草及小灌木為建群種，植被蓋度小，為減少蒸騰失水，植物葉片小而少，蒸散較低。另一方面，寧夏全區降水和太陽輻射有著明顯的地帶分異，降水量南多北少，氣溫總體北高南低，且局域的非地帶性因素更加劇了水熱分異，故分布在寧夏南部的地帶性草地類型(草甸草原類和干草原類)和隱域性植被類型構成的山地草甸類、灌叢草甸類、低濕地草甸類和沼澤類草地的蒸散量較高；而荒漠草原類、草原化荒漠類、干荒漠類和灌叢草原類草地主要分布在寧夏中北部，這些地區的水熱搭配矛盾突出，土壤質地較差，下滲能力強，保水性能不理想，土壤供水不足嚴重限制了這類草地的蒸散量。綜上所述，寧夏氣候由南向北從中溫帶半濕潤區向中溫帶干旱區過渡，不同氣候區內各草地類型的建群種和群落生境存在顯著差異，導致各草地類型的蒸散量因氣候差異而存在不同的變化特征。

從寧夏各類型草地蒸散的年內動態曲線來看(圖5B)，全區10類草地的蒸散變化過程可分成典型單峰型與非單峰型兩大類，其中山地草甸類、草甸草原類、灌叢草甸類、低濕地草甸類和沼澤類草地的年內蒸散呈現明顯的單峰形態，隨著5月植被生長季的開始，草地蒸散迅速增加，到7-8月植被生長最茂盛的時期，蒸散也達到年內最高值，此后隨著草地枯黃期的到來，蒸散迅速下降；而草原化荒漠類、干草原類、干荒漠類、灌叢草原類和荒漠草原類草地的年內蒸散動態與草地物候期的一致性較差，夏季蒸散的峰值不明顯，這與寧夏的年內降水和太陽輻射變化特征嚴重不符，導致這一現象的原因在于以上類型草地的植被覆蓋度都較低，植被蒸騰量少，蒸散量總體偏低，同時遙感蒸散算法對低植被覆蓋區月時間尺度的蒸散估算精度也較低，復雜下墊面表面阻抗的不準確界定可能是導致冬季蒸散估算偏高的重要原因[8]。

圖5 各草地類型多年平均蒸散(A)及年內動態(B)Fig.5 The average of ET (A) and it’s annual dynamics (B) of each grassland types for 15 years a為草甸草原類草地Meadow steppe；b為草原化荒漠類草地Steppe desert；c為低濕地草甸類草地Wetland meadow；d為干草原類草地Steppe；e為干荒漠類草地Drought desert；f為灌叢草甸類草地Shrub meadow；g為灌叢草原類草地Shrub steppe；h為荒漠草原類草地Desert steppe；i為山地草甸類草地Upland meadow；j為沼澤類草地Everglade.

2.2 蒸散空間變化特征

2.2.1寧夏草地蒸散空間格局及波動性 2000-2014年，寧夏草地的多年平均蒸散具有較強的空間異質性，呈現出南高北低的空間特征，這與寧夏多年平均降水量的空間分布特征比較一致，同時天然草地上零星分布的人工灌草地、林地也形成了局部高值區(圖6A)。全區草地蒸散量的空間分布極差較大，蒸散介于135.84～732.12 mm。最低值集中分布在石嘴山境內的草原化荒漠類、干荒漠類和灌叢草原類草地，該類草地主要是以紅砂(Reaumuriasongarica)、白刺(Nitrariaspp.)等耐寒耐旱小灌木為優勢種的草場，蓋度極小，降水稀少且下滲嚴重，因此成為全區草地蒸散最低的區域。六盤山迎風區的山地草甸類草地主要是雜草類草原，植被覆蓋度高，且降水豐富，因而成為全區草地蒸散的高值分布區。

變異系數(coefficient of variation,CV)可以從空間上指示草地蒸散的年際波動強弱，圖6B顯示，近15年寧夏草地蒸散量的變異系數CV介于0.05～0.35，平均值達到0.12，但超過96%的草地CV低于0.15，變異系數總體不高，波動性不強。從空間分布狀況來看，高波動性區域主要分布在賀蘭山中段的荒漠草原類、灌叢草原類草地，沙坡頭區西北部黃河沿岸的荒漠草原類、草原化荒漠類草地，紅寺堡-同心一帶的荒漠草原類草地和南部山區的部分干草原草地，近15年來上述區域是退耕還林(草)、生態移民和引黃-揚黃灌溉的重點發展區域，人類活動通過改變土地利用類型顯著改變了局部地表蒸散過程。低波動性區域集中分布在六盤山地區的山地草甸類草地和靈鹽臺地的荒漠草原類草地，前者與六盤山地區相對較多的降水和良好的植被覆蓋有關，后者則反映了區域封育禁牧的效果。

圖6 多年平均ET空間分布(A)與波動特征(B)Fig.6 Spatial distribution of average ET (A) and its coefficient of variation (B) in study area

圖7 寧夏草地蒸散與氣象要素的空間相關性(A、B、C、D)及顯著性檢驗(E、F、G、H)Fig.7 Correlation (A, B, C, D) between ET and meteorological factors and the significance (E, F, G, H) of grassland in Ningxia A和E分別是蒸散與降水的空間相關性及顯著性檢驗A is the spatial correlation between ET and precipitation， E is the corresponding significance tests；B和F分別是蒸散與飽和水汽壓差的空間相關性及顯著性檢驗B is the spatial correlation between ET and vapor pressure deficit， F is the corresponding significance tests； C和G分別是蒸散與氣溫的空間相關性及顯著性檢驗C is the spatial correlation between ET and air temperature, G is the corresponding significance tests；D和H分別是蒸散與風速的空間相關性及顯著性檢驗D is the spatial correlation between ET and wind speed， H is the corresponding significance tests.

2.2.2蒸散量與氣象因素的相關分析 蒸散量與氣象因素的相關分析結果(圖7)表明，寧夏草地蒸散與降水量總體呈正相關，且相關系數較大，通過5%顯著性水平的草地比例高達95.99%，這很好地解釋了寧夏草地的蒸散年際波動與降水量變化較為一致的現象。蒸散與降水不相關的草地主要分布在銀川平原周邊和賀蘭山北段，前者主要是引黃灌溉導致土地利用類型變化引起的，后者則與賀蘭山地區的煤礦開采活動有關，露天煤礦的大規模開采顯著改變地表持水性，地下水位下降，蒸散來源不足。草地蒸散與飽和水汽壓差整體上以負相關和不相關為主，其中負相關的比例不足25%。草地蒸散與飽和水汽壓差呈負相關的區域主要分布在中衛、吳忠和銀川西北部的荒漠草原類和草原化荒漠類草地，這些區域主要為珍珠豬毛菜(Salsolapasserina)、紅砂、隱子草(Cleistogenesspp.)和短花針茅(Stipabreviflora)類草地，同時該區域降水稀少，極度干旱；為避免干旱脅迫對植物生理過程產生不可逆的影響，隨著飽和水汽壓差升高，植物氣孔導度下降，抑制蒸騰，減少體內水分消耗，降低草地蒸散。草地蒸散與氣溫整體上不相關，只有0.73%的草地呈顯著負相關，這可能與較短時序的氣溫變化不顯著有關。草地蒸散與風速整體不相關，相關系數均值僅為0.05，呈顯著正相關和顯著負相關的比例分別僅有2.18%和2.75%。其中，呈顯著正相關的區域集中分布在賀蘭山北段，該區域主要是分布在石質低山、山麓、谷地及干河床沙地上的蒙古扁桃(Amygdalusmongolica)、雜草類草場，淺層土壤水分不足，植被稀疏，蒸散主要來自地面蒸發，風速對蒸發的正向作用明顯。蒸散與風速顯著負相關的區域在全區都有零散分布，這部分地區主要是植被蓋度較高的草甸草原類、干草原類草地上發展的耕地、人工灌草地及林地，干旱脅迫條件下，風速升高反而不利于植被蒸騰，蒸散與風速顯著負相關。

2.3 蒸散變化趨勢分析

2.3.1年際蒸散空間變化趨勢與檢驗 從空間上看，2000-2014年，寧夏北部的草地蒸散以減弱趨勢為主，降幅自北向南遞減；寧夏中部和南部的草地蒸散以增強為主，增幅自北向南遞增(圖8A)。近15年寧夏草地蒸散的最大降幅為13.19 mm·年-1，最大增幅為21.66 mm·年-1，盡管變化斜率的極差較大，但全區大部分草地的蒸散變化幅度均保持在3 mm·年-1之內，僅南部六盤山地區的山地草甸類和灌叢草甸類草地的蒸散增幅相對較高。

雖然全區草地有77.71%的區域其蒸散呈增強趨勢，但F檢驗的結果顯示(圖8B)，草地蒸散呈顯著增強趨勢的面積僅占全區草地面積的10.41%，主要為南部山區的干草原類、灌叢草甸類和山地草甸類草地，中部和北部天然草地上引黃灌溉形成的灌木林地和草地的蒸散也顯著增強。盡管全區草地有22.29%的區域其蒸散呈減弱趨勢，但達到顯著性減弱(P<0.05)的僅有2.62%，主要為賀蘭山北段的灌叢草原類和荒漠草原類草地。資料表明[32]，賀蘭山北段降水稀少，蒸發旺盛，全區年降水量和年降水日數減少的趨勢會導致該區域干旱加劇；另外，賀蘭山北段大規模礦產資源開采對微地形、地下水、土壤結構及植被群落都有影響，二者共同作用引起的草地退化可能是該區域蒸散顯著下降的原因。

2.3.2蒸散變化趨勢的持續特征診斷 寧夏草地蒸散的Hurst指數介于0.325～0.791，平均值為0.527，Hurst指數直方圖表現為單峰稍右偏分布，Hurst指數大于0.5的持續性像元數占總像元數的76.17%，呈持續性趨勢的像元比例占絕對優勢，說明寧夏大部分草地的蒸散未來變化趨勢與過去一致，而Hurst指數小于0.5的反持續性像元數僅占總像元數的23.83%，趨勢發生反轉的像元比例較小(圖9A～B和圖10)。從空間上看， Hurst指數高于0.55的像元占25.00%，主要是分布在賀蘭山北段的灌叢草原類和荒漠草原類草地；而Hurst指數低于0.45的區域僅占3.47%，占比高達71.53%的草地的Hurst指數在0.45～0.55之間，說明近15年全區大部分草地的蒸散存在一種隨機波動過程，未來草地蒸散變化趨勢可能存在隨機性，這可能是短時期內降水的隨機波動和人為活動局部干擾共同作用于草地蒸散的結果。蒸散變化斜率與Hurst指數的疊加分析表明(圖10)，寧夏中南部的山地草甸類、草甸草原類、灌叢草甸類、干草原類和部分荒漠草原類草地的蒸散將主要呈持續上升的趨勢；中北部的荒漠草原類、草原化荒漠類、干荒漠類和灌叢草原類草地的蒸散主要呈持續下降趨勢；未來趨勢由上升轉下降的草地主要分布在中部干旱帶，多為干草原、荒漠草原和草原化荒漠；由下降轉上升的草地主要分布在北部灌區周邊，多為荒漠草原及草原化荒漠。

圖8 年際ET變化趨勢(A)與顯著性檢驗(B)Fig.8 Spatial distribution of trend (A) and significance test (B) of ET in study area

圖9 寧夏草地蒸散的Hurst指數(A)和持續性特征(B)Fig.9 Hurst (A) and sustainability (B) of inter-annual ET of grassland in Ningxia

圖10 寧夏草地蒸散的統計直方圖Fig.10 Histogram of inter-annual ET of grassland in Ningxia

3 討論

決定地表蒸散的因素主要有地表入射能量、區域氣象條件和地表下墊面條件[33]，土壤含水量不足且其他條件不變時，地表蒸散量主要受水分來源控制[34]，而干旱半干旱地區天然草地的蒸散來源主要依靠降水，故寧夏草地對降水變化尤其敏感。本研究得出，寧夏草地95.99%的區域蒸散與降水顯著相關，這與田靜等[33]關于中國蒸散決定因素的研究結果一致，也與王鵬濤等[35]關于陜甘寧黃土高原區地表蒸散的影響因素研究得到的結果相近。另外，Feng等[36]指出黃土高原的人類活動(退耕還林還草)是改變區域植被覆蓋度和蒸散的主要原因，本研究在蒸散空間分布圖中也發現個別地區的土地利用變化對天然草地的蒸散過程有一定影響，如賀蘭山東麓和中衛南山臺子等，特色葡萄和硒砂瓜種植對區域寧夏草地蒸散的影響較為明顯，但由于這種土地利用變化區域分布零散，限于MOD16的空間分辨率，難以對這類區域展開詳細分析。

多種模型驅動下的區域蒸散模擬存在一定差異，Feng等[36]利用LPJ、LPJ_GUESS、ORCHIDEE和CLM4CN陸地生態系統模型模擬發現，2000-2010年黃土高原自然條件下的蒸散量沒有顯著上升趨勢[(1.1±2.8) mm·年-1，P=0.71]；田靜等[33]利用NOAH 陸面過程模型研究發現我國西北地區的蒸散呈0.25 mm·年-1的增加趨勢，該區草地的多年平均蒸散量為289.30 mm，高于MODIS模擬的寧夏草地多年平均蒸散量(228.03 mm)，這與研究區范圍有關，但均發現寧夏草地蒸散的變化趨勢不顯著。Chen等[18]將8種蒸散模型的模擬結果與渦度相關通量觀測站點數據進行對比，盡管基于彭曼公式的MOD16模型模擬的蒸散量絕對精度不是最高，但仍可解釋61%的實際蒸散量變化，即在研究區域年際蒸散量相對變化時，MOD16有較高的可信度。

對比寧夏各類型草地的月平均蒸散特征發現，植被覆蓋度較低的草原化荒漠類、干草原類、干荒漠類、灌叢草原類和荒漠草原類草地的蒸散精度偏低，冬、春季的蒸散普遍高于夏、秋季，這與該地區年內降水分布和太陽輻射特征存在矛盾，何慧娟等[37]在陜西地表蒸散變化的研究中也發現這一現象。通過分析MOD16算法中改進的Penman-Monteith公式可以發現，葉面積指數和低植被覆蓋地區表面阻抗的不準確界定導致土壤蒸發量的估算出現偏差，進而影響到MOD16低植被覆蓋草原區的反演精度，這與大尺度的MOD16精度驗證試驗結果一致[20]。因此，隨著寧夏區內EC通量觀測數據的積累，有必要對低植被覆蓋度草地的遙感蒸散數據精度進行驗證和校準，準確界定表面阻抗等參數，對遙感蒸散模型的參數進行本地化處理。

4 結論

基于2000-2014年MOD16遙感蒸散數據和同期氣象資料，利用回歸分析、相關分析和R/S分析等方法，分析了寧夏草地近15年來的蒸散時空特征及演變規律，并討論了蒸散變化的影響因素，取得如下研究結論：

1)2000-2014年，寧夏草地蒸散量介于177.51～274.43 mm，平均值為228.03 mm；受降水的年際波動影響，全區草地蒸散呈不顯著的上升趨勢(P>0.05)；不同草地類型的年蒸散量按照“草甸草原類>山地草甸類>灌叢草甸類>干草原類>低濕地草甸類>沼澤類>荒漠草原類>草原化荒漠類>干荒漠類>灌叢草原類”的順序遞減，不同類型草地蒸散的年內動態特征差異明顯。

2)寧夏草地多年平均蒸散量具有較強的空間異質性，總體呈現南高北低的分布格局，北部最低為135.84 mm，南部最高可達732.12 mm，但變異系數總體不高，波動性不強，人類生產活動改變土地利用類型對局部蒸散的影響不容忽視。

3)近15年，寧夏北部草地的蒸散以減弱為主，降幅自北向南遞減；而中部和南部草地的蒸散以增強為主，增幅自北向南遞增，但大部分草地的蒸散變化幅度較小，總體變化趨勢不顯著。

4)Hurst分析表明，寧夏草地蒸散呈持續性序列的比重為76.17%，反持續性序列占比23.83%，全區草地蒸散的正向特征顯著，趨勢發生反轉的草地比例較小，且多為分布在中部干旱帶和灌區周邊的草原化荒漠類、荒漠草原類和干草原類草地。

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