全球升溫1.5℃和2.0℃情景下中國實際蒸散發時空變化特征*

蘇布達，周 建，王艷君，陶 輝，高 超，劉俸霞，李修倉 ,2，姜 彤**

?

全球升溫1.5℃和2.0℃情景下中國實際蒸散發時空變化特征*

蘇布達1,2,3，周 建1，王艷君1，陶 輝3，高 超4，劉俸霞1，李修倉1,2，姜 彤1,2,3**

（1．南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同中心/地理科學學院，南京 210044；2．中國氣象局國家氣候中心，北京 100081；3．中國科學院新疆生態與地理研究所荒漠與綠洲生態國家重點實驗室，烏魯木齊 830011；4．寧波大學地理與空間信息技術系，寧波 315211）

蒸散發是水文循環的關鍵過程，研究升溫背景下的蒸散發對水資源綜合管理有著重要意義。基于17個全球氣候模式1961?2100年逐月蒸散發輸出，分析了全球升溫1.5℃和2.0℃情景下，中國實際蒸散發時空變化特征。結果表明：（1）全球升溫1.5℃，年實際蒸散發呈現由東南沿海向西北內陸遞減態勢。與基準期1986?2005年相比，中國年實際蒸散發約增加4.4%，其中，西北諸河流域增長率最大，達7.7%。季節尺度上，冬季實際蒸散發增長速率最快，約5.2%。（2）全球升溫2.0℃，中國實際蒸散發比1986?2005年上升7.8%，南方流域增長速率比北方流域小，珠江流域僅增長3.9%，實際蒸散發增長最為迅猛的遼河流域和西北諸河流域中部增長率達10%。春冬兩季中國蒸散發增加最明顯，達8.3%。（3）與全球升溫1.5℃情景相比，全球平均氣溫額外增加0.5℃可能導致中國實際蒸散發增加3.4%。其中，西南諸河西北部、西北諸河西南部及遼河流域增加明顯，而西北諸河東北部和西北部等地微弱減少。春季蒸散發增長速率最大，秋季最小。隨著全球變暖，中國實際蒸散發呈現上升趨勢，可能加劇區域干旱事件，對農業生產帶來不利影響。

蒸散發；升溫1.5℃；升溫2.0℃；十大流域；氣候變化

蒸散發包括水面蒸發、陸面蒸發和植被蒸騰，能夠將約60%的降水量返還大氣，是水分循環、碳循環和能量循環的重要環節，對陸面降水及潛熱輸送意義重大[1-3]。根據下墊面的供水條件，可將蒸散發分為潛在蒸散發（Potential evapotranspiration，ETp）和實際蒸散發（Actual evapotranspiration，ETa）。潛在蒸散發表示一個充分供水條件下的最大可能蒸散發[4]，但是在自然條件下，下墊面往往不能達到充分供水條件。近年來，隨著全球氣溫持續升高，地表蒸發加劇，部分地區頻繁遭受干旱災害；同時，蒸散發的加強促使大氣水分也隨之增加，提高了暴雨洪澇幾率[1]，實際蒸散發研究受到水文、氣候、農業等多行業的廣泛關注。但是由于設備成本高、維護難度大，難以獲取實際蒸散發直接觀測資料，且單點的觀測無法滿足區域研究的需求[2,5-6]，因而實際蒸散發研究多采用模型模擬法，包括遙感反演和水文氣象兩大類[7]。遙感技術能夠獲取大范圍的地表特征信息，可以估算區域能量平衡和水分情況。很多學者基于MODIS產品對區域蒸散發進行了時空分布特征分析，取得了滿意的效果[6-10]。水文氣象法基于常規的觀測數據推求蒸散發，應用也很普遍[2-3,11-15]。以往研究往往側重歷史時期蒸散發的時空變化分析，鮮有全球升溫背景下未來實際蒸散發的預估研究報道。

氣候模式是開展氣候模擬和預估的重要工具，廣泛運用于全球氣候變化研究[16-17]。世界氣候研究計劃（World Climate Research Programme，WCRP）中的耦合模式國際比較計劃開展到第五階段（Coupled Model Intercomparisson Project Phase 5，CMIP5），已有大量研究運用全球氣候模式及其降尺度的結果，開展了全球和區域尺度上氣溫、降水等要素的模擬評估與預估，取得良好效果[17-24]。實際蒸散發也是氣候模式重要輸出要素之一[25]，能夠為未來實際蒸散發預估研究提供數據基礎。

隨著全球氣候變暖，實際蒸散發的時空分布格局也將發生變化，給未來水資源管理和極端事件風險管理帶來挑戰。為應對全球氣候變化帶來的風險，2015年《聯合國氣候變化框架公約》近200個締約方在巴黎氣候變化大會上達成《巴黎協定》，決定把全球升溫較工業化前水平控制在2.0℃之內，并把升溫控制在1.5℃之內作為努力目標。本文利用17個全球氣候模式1961?2100年的輸出資料，基于1982?2003年MOD16/ET遙感數據和水量平衡方法，評估氣候模式對中國實際蒸散發的模擬能力，并對比分析了全球升溫1.5℃和2.0℃情景下中國實際蒸散發的時空分布特征，以期為水資源綜合管理和旱澇災害風險預警，以及農業防災減災策略提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

依據國家水資源綜合規劃[26]，中國劃分為十大流域，即松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長江、東南諸河、珠江、西南諸河和西北諸河（圖1）。松花江和遼河流域位于東北地區，流域面積分別為110萬km2和34萬km2，屬溫帶季風氣候。海河流域位于半濕潤半干旱地帶，總面積33萬km2。黃河流域跨越干旱、半干旱和半濕潤3個氣候區，面積80萬km2。淮河流域地處中國南北氣候過渡帶，面積約32萬km2，占中國國土總面積的3.3%。長江流域橫穿西南、華中、華東3個經濟區，大部屬于亞熱帶季風氣候區，總面積達167萬km2。東南諸河流域位于東南沿海地區，季風盛行，雨水充沛，面積約21萬km2。珠江流域地處中國最南端，氣候濕潤，總面積51萬km2。西南諸河流域地處西南邊陲，氣候有明顯的經向、緯向和垂向分異特征，總面積77萬km2。西北諸河流域深居歐亞大陸腹地，屬于干旱區，氣候干燥，面積約占中國總面積的1/3。

1.2 數據

使用兩套蒸散發數據，一套為遙感產品，另一套為氣候模式輸出。遙感產品（MOD16/ET）由蒙大拿大學密蘇拉分校地球動態數值模擬研究組（NTSG）采用遙感反演模型，基于修正后的Penman-Monteith公式和Priestely-Taylor公式分別量化了冠層、土壤蒸散發以及水面蒸發[27-29]，時間區間為1982?2003年，數據空間分辨率為0.5°（http:// www.ntsg.umt.edu /project/mod16）。

氣候模式數據則選用CMIP5中17個全球氣候模式（表1）在歷史時期和未來不同典型濃度路徑（RCP）下實際蒸散發輸出（http://cmip-pcmdi.llnl. gov/cmip5/data_ getting_started.html），代表從下墊面和植被由液態或固態轉化為蒸氣實際進入大氣中的通量。為便于比較，通過反距離權重插值法將17個模式的輸出統一插值到0.5°格點。時間區間為1961? 2100年。

圖1 中國十大流域空間分布

表1 17個全球氣候模式的基本信息

注：水平分辨率=經向格點數×緯向格點數。

Note: Horizontal resolution means the number of longitudinal grids×the number of latitudinal grids.

基于觀測降水和徑流，檢驗氣候模式對中國蒸散發的模擬能力。其中，降水數據來源于國家氣象信息中心，由經過質量控制的全國2479個氣象觀測站1961年以來的逐日資料組成。徑流數據來自歷年《中國水文年鑒》，選取1982?2003年佳木斯站（松花江）、灤縣站（海河）和吳家渡站（淮河）的逐日徑流數據。

1.3 研究方法

1.3.1 全球升溫時間的確定

1986?2005年（基準期）全球平均氣溫比工業革命前（1850?1900年）升高了0.61℃[30-31]。在此基礎上繼續升高0.89℃和1.39℃，則意味著全球升溫達到1.5℃和2.0℃[16]。已有研究表明，RCP2.6情景下預計在2020?2039年全球升溫1.5℃；RCP4.5情景下預計在2040?2059年升溫2.0℃[17,32-36]。

1.3.2 空間相關系數

采用17種全球氣候模式中位數與遙感觀測值的相關系數，開展模式模擬能力的評估。其計算為

式中，xi為MOD16/ET年實際蒸散發（mm），yi為模式輸出的年實際蒸散發（mm），i為格點序號，N為格點個數（本研究為3848），r為相關系數。

1.3.3中心化標準均方根誤差（Normalized Centered RMSE，NCRMSE）

運用NCRMSE[37]對氣候模式輸出實際蒸散發進行誤差檢驗，計算式為

1.3.4 水量平衡法

采用閉合流域水量平衡法計算松花江流域、海河流域和淮河流域年實際蒸散發，計算式為

式中，ETa為流域年實際蒸散發（mm），P為年降水量（mm），R為年徑流量（mm），DW為蓄水量變化（mm）。對多年平均情形，DW≈ 0。

2 結果與分析

2.1 全球氣候模式對實際蒸散發的模擬效果

MOD16/ET反演的1982?2003年多年平均實際蒸散發空間分布與全球氣候模式輸出結果的對比表明，MOD16/ET與氣候模式模擬的年實際蒸散發均呈南多北少，由東南沿海向西北內陸減少的特點。珠江流域和東南諸河流域大部地區年實際蒸散發在900mm以上，西南諸河流域南部800mm以上，長江中下游地區和淮河流域南部大多在600～800mm，黃河和海河流域大致在500mm，西北諸河流域大部少于200mm（圖2）。流域尺度上，兩種年蒸散發的空間相關系數，除海河流域以外的九大流域均達到P<0.01的極顯著相關水平，在西南諸河流域相關系數甚至達到0.87。說明模式輸出的蒸散發總體上能夠反映實際蒸散發的空間分布格局。

MOD16/ET與氣候模式輸出的蒸散發在1982?2003年的逐年距平變化顯示（圖3），遙感反演與模式模擬的蒸散發均呈波動上升趨勢，兩者相關系數0.48，達到P<0.05的顯著相關水平。但氣候模式蒸散發以8.1mm·10a?1的傾向率比MOD16/ET的12mm·10a-1變化速率平緩。

為進一步評估氣候模式對實際蒸散發的模擬能力，選取松花江流域、海河流域和淮河流域，對區域水量平衡法和遙感反演的蒸散發與模式模擬結果進行對比。由圖4可見，模式輸出的蒸散發的年內分布與MOD16/ET和水量平衡的結果在三大流域有著較好的對應關系，均呈現夏季大、冬季小的季節波動，且模式輸出蒸散發與水量平衡計算結果的中心化標準均方根誤差（NCRMSE）在三大流域分別為0.32、0.34與0.41，均小于0.5個標準差。說明17個模式的中位數能夠用于預估全球升溫背景下中國實際蒸散發的變化趨勢。

2.2 全球升溫1.5℃和2.0℃情景下實際蒸散發的變化趨勢

2.2.1 年實際蒸散發的變化

基準期（1986?2005年）中國年實際蒸散發約520.3mm，各模式間的變幅在403.2～589.0mm。南方流域實際蒸散發強于北方流域，珠江流域實際蒸散發達966.4mm（836.7～1123.7mm），西北諸河流域的蒸散發僅297.9mm（162.0～436.4mm）（圖5）。夏季實際蒸散發最高，占全年總量近50%，達237.6mm（197.1～273.5mm）；冬季最低，為41.4mm（27.1～74.8mm），春季蒸散略強于秋季，分別為130.2mm（99.0～158.6mm）和114mm（81.0～158.6mm）。

圖2 1982?2003年遙感反演和多模式輸出的中國年實際蒸散發空間分布

圖3 1982?2003年遙感反演和模式輸出實際蒸散發距平的年際變化

圖4 1982?2003年遙感反演法、水量平衡法和模式輸出的實際蒸散發量的年內分布

全球升溫1.5℃情景下，中國年實際蒸散發呈明顯增加態勢，將達到546.9mm，較基準期增加4.4%。珠江流域增長率最小，預計為1.6%，而西北諸河流域實際蒸散發的增長可達7.7%。升溫1.5℃基礎上額外增溫0.5℃，中國實際蒸散發約增加3.4%。遼河和西北諸河流域實際蒸散發的增長最為迅猛，分別達4.1%和3.8%，松花江、海河、黃河、淮河、長江、東南諸河和西南諸河流域增長率約3.0%，珠江流域為2.3%。隨著全球氣溫持續升高，東南諸河流域實際蒸散發持續增加并接近珠江流域，而遼河流域實際蒸散發將超過西南諸河流域（圖5）。

與基準期相比，中國實際蒸散發在全球升溫1.5℃和2.0℃情景下的增長幅度，由東南沿海向西北內陸增加。全球升溫1.5℃，珠江流域、東南諸河流域南部及西南諸河流域南部蒸散發較基準期將增長約2%，淮河流域南部和長江流域大部增長2%～4%，黃河流域、松花江流域、遼河流域和海河流域大部增長4%～6%，而西北諸河流域中部超過8%（圖6a）。全球升溫2.0℃，中國實際蒸散發呈繼續增加態勢。珠江流域和西南諸河流域南部增長約4%，東南諸河流域增長4%～6%，黃河流域南部、淮河流域及長江流域大部增長6%，松花江、遼河流域大部及海河流域的東北部增長率超過8%，西北諸河流域大部地區增長10%以上，中部甚至超過15%（圖6b）。

注：上下限表示模式間的差異。圖7同。

Note: The upper and lower limits represent the range of models. The same as Fig.7.

圖6 不同升溫情景年實際蒸散發相對變化率（%）的空間分布

圖6c顯示，全球升溫2.0℃情景與1.5℃相比，全國范圍內年均蒸散發將增加，僅在西北諸河流域的東北部和西北部局地有所減少。西南諸河流域的西北部、西北諸河流域的部分地區蒸散發增加6%以上，松花江、遼河、海河、淮河、長江、東南諸河以及珠江流域的東部和北部年蒸散發增加2%～4%。

2.2.2 季節實際蒸散發的變化

與基準期相比，全球升溫1.5℃情景下，中國春秋兩季蒸散發增加幅度相近，分別將增長4.7%（?0.4%～13.3%）和4.3%（0.7%～6.7%），而夏季增長速率最慢，僅2.8%（0.5%～5.3%），冬季增長最快，達5.2%（?1.9%～12.7%）；升溫2.0℃，夏秋季蒸散發的增長率約6.8%（1.3%～18.0%）和7.5%（?0.4%～16.6%），冬春兩季則在8.3%左右（1.3%～19.5%和3.1%～20.6%），均高于升溫1.5℃情景（圖7）。

圖7 全球升溫1.5℃和2.0℃情景下季節蒸散發相對基準期的變化百分率

注：矩形內橫線表示多模式實際蒸散發中位數的相對變化。

Note: The horizontal line in the rectangle represents the relative change of the actual evapotranspiration by multi-model median.

空間分布上，全球升溫1.5℃情景下（圖8a1?d1），北方流域春季實際蒸散發較基準期的增長率高于南方流域，全國僅西南諸河南部實際蒸散發有所減少，淮河、長江大部、東南諸河及珠江流域與基準期相比增長不足6%，而松花江、遼河、海河、黃河流域增長6%～10%，西北諸河流域的中部增長率達到20%。夏季，全國范圍實際蒸散發的增長速率較平緩，除西北諸河流域外均在6%以下，而西北諸河流域大部分地區增長率約為6%。秋季，西北諸河流域大部實際蒸散發與基準期相比增加10%～15%，松花江、遼河、黃河流域西部和長江流域西北部增長6%～10%，其余在6%以下。冬季，西北諸河流域南部存在一個負增長區，而其流域中部、松花江流域西北部和東部、海河流域南部及黃河流域的中部則是冬季實際蒸散發快速增長的區域，增速達10%以上。

升溫2.0℃情景下（圖8a2?d2），春季西南諸河流域北部和西北諸河流域北部實際蒸散發相較基準期增長最大，達到20%以上，其次為遼河流域，增長速率超過15%，珠江流域和東南諸河流域南部增長率不足6%。夏季和秋季，全國范圍實際蒸散發均有所增加，增速最大區域位于西北諸河流域西南部，增長約20%。冬季，松花江流域西部、海河流域東南部、黃河流域中部、西北諸河流域中部和北部及西南諸河的西北部增長率均超過20%，而長江流域南部、東南諸河流域和珠江流域北部增長速率為6%～10%。

由圖8a3?d3可見，升溫1.5℃基礎上全球額外增溫0.5℃，中國四季蒸散發整體上表現為增加趨勢。春季，中國平均實際蒸散發約增加4%，而在長江、珠江、西南諸河流域的邊界地帶以及西北諸河流域西北部有所減少，減少約2%。夏季，實際蒸散發增加區域進一步擴大，僅在西北諸河流域西北部有所減少，而長江中下游、東南諸河流域、珠江大部、淮河流域、海河東部、遼河流域和西北諸河流域南部等地蒸散發增加超3%。秋季，中國大部地區實際蒸散發增加0～3%。黃河、海河、淮河、長江4個流域的邊界地帶以及西北諸河流域的西部蒸散發有所減少。冬季，中國平均實際蒸散發增加約3%，但在西北諸河、長江和黃河流域邊界及松花江流域東北部減少2%左右。

3 結論與討論

（1）1986?2005年，中國年實際蒸散發約520.3mm。空間分布上，年實際蒸散發呈現由東南沿海向西北內陸減少的特點，珠江流域實際蒸散發最大，而西北諸河流域僅為297.9mm。年內夏季實際蒸散發最高，占全年總量近50%，達237.6mm，冬季最弱。

圖8 全球升溫1.5℃和2.0℃情景下中國四季蒸散發的相對變化率

（2）全球升溫1.5℃，中國年實際蒸散發與基準期相比增加4.4%，空間上增長速率呈現由東南沿海向西北內陸增加的態勢。相較于基準期，西北諸河流域實際蒸散發增速最快，達到7.7%，而珠江僅增長1.6%。季節尺度上，冬季蒸散發相較于基準期變化明顯，增長約5.2%，春秋兩季增速相近，而夏季實際蒸散發的增速較緩，僅2.8%。

（3）全球升溫2.0℃，中國年實際蒸散發較基準期上升7.8%。實際蒸散發的空間分布依然由東南沿海向西北內陸遞減。珠江流域年均實際蒸散發最大，但其較基準期的增長率僅為3.9%。春季和冬季全國平均蒸散發較基準期增長約8.3%，高于夏季和秋季，西北諸河流域西南部與西南諸河流域邊界地帶為夏、秋、冬三季增長速率最快的地區。

（4）與全球升溫1.5℃相比，2.0℃情景年實際蒸散發約增加3.4%。以西南諸河流域西北部、西北諸河流域西南部和北部及遼河流域增加最為顯著，而西北諸河東北部和西北部等地蒸散發略有減少。流域尺度上，遼河流域的增長率最高，珠江最低，分別為4.1%和2.3%。春季，中國蒸散發大約增長4%，但西北諸河的東部、珠江的西部有所減少。夏季，全國大部地區實際蒸散發呈增加態勢，長江中下游、東南諸河、珠江大部、淮河、海河東部、遼河和西北諸河南部等地的增長速率超過3%。秋季，全國大約增加2.7%，而在黃河、海河、淮河、長江4個流域的邊界地帶以及西北諸河流域的西部蒸散發有所減少。冬季，在西北諸河、長江和黃河流域邊界及松花江流域東北部實際蒸散發減少約2%。

蒸散發研究對認識地球表面能量平衡與水分循環有著重要的意義，其時空變化影響著旱澇格局。采用17個全球氣候模式輸出的實際蒸散發，雖然各模式之間蒸散發絕對數值存在差異，但反應的蒸散發增長趨勢是近似的。與全球升溫1.5℃情景相比，2.0℃情景下中國整體實際蒸散發增大，蒸散發越來越劇烈，可能促進局部地區極端水文氣象事件的發生，從而導致農作物減產。應積極采取措施，落實《巴黎協定》的規定，努力將氣溫升幅控制在較工業化革命前水平1.5℃之內。

[1]徐宗學,劉琳,楊曉靜.極端氣候事件與旱澇災害研究回顧與展望[J].中國防汛抗旱,2017,27(1):66-74.

Xu Z X,Liu L,Yang X J.Study on extreme climate events and drought/flood disasters:review and prospect[J].China Flood & Drought Management,2017,27(1):66-74.(in Chinese)

[2]李修倉.中國典型流域實際蒸散發的時空變異研究[D].南京:南京信息工程大學,2013.

Li X C.Spatio-temporal variation of actual evapotranspiration in the Pearl,Haihe and Tarim River Basins of China[D]. Nanjing:Nanjing University of Information Science and Technology,2013.(in Chinese)

[3]蹇東南,李修倉,陶輝,等.基于互補相關理論的塔里木河流域實際蒸散發時空變化及影響因素分析[J].冰川凍土, 2016,38(3):750-760.

Jian D N,Li X C,Tao H,et al.Spatio-temporal variation of actual evapotranspiration and its influence factors in the Tarim River Basin based on the complementary relationship approach[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2016,38(3): 750-760.(in Chinese)

[4]陳東東,王曉東,王森,等.四川省潛在蒸散發變化及其氣候影響因素分析[J].中國農業氣象,2017,38(9):548-557.

Chen D D,Wang X D,Wang S,et al.Potential evapotranspiration changes and its effects of meteorological factors across Sichuan province[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2017,38(9):548-557.(in Chinese)

[5]張丹,梁康,聶茸,等.基于Budyko假設的流域蒸散發估算及其對氣候與下墊面的敏感性分析[J].資源科學,2016,38(6): 1140-1148.

Zhang D,Liang K,Nie R,et al.Estimation of evapotranspiration and sensitivity to climate and the underlying surface based on the Budyko Framework[J].Resources Science,2016,38(6): 1140-1148.(in Chinese)

[6]吳桂平,劉元波,趙曉松,等.基于MOD16產品的鄱陽湖流域地表蒸散發時空分布特征[J].地理研究,2013,32(4):617-627.

Wu G P,Liu Y B,Zhao X S,et al.Spatio-temporal variations of evapotranspiration in Poyang Lake Basin using MOD16 products[J].Geographical Research,2013,32(4):617-627.(in Chinese)

[7]賀添,邵全琴.基于MOD16產品的我國2001-2010年蒸散發時空格局變化分析[J].地球信息科學學報,2014,16(6): 979-988.

He T,Shao Q Q.Spatial-temporal variation of terrestrial evapotranspiration in China from 2001 to 2010 using MOD16 products[J].Geo-Information Science,2014,16(6):979-988.(in Chinese)

[8]楊秀芹,王磊,王凱,等.基于MOD16產品的淮河流域實際蒸散發時空分布[J].冰川凍土,2015, 37(5):1343-1352.

Yang X Q,Wang L,Wang K,et al.Spatio-temporal distribution of terrestrial evapotranspiration in Huaihe River Basin based on MOD16 ET data[J].Journal of Glaciology and Geocryology, 2015,37(5):1343-1352.(in Chinese)

[9]赫曉慧,梁冰潔,郭恒亮,等.基于MOD16的北洛河流域蒸散發空間格局演變研究[J].水土保持通報,2017,37(1):177-182.

He X H,Liang B J,Guo H L,et al.Analysis of spatial and temporal variation of evapotranspiration based on MOD16 in Beiluo River basin[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(1):177-182.(in Chinese)

[10]張靜,任志遠.基于MOD16的漢江流域地表蒸散發時空特征[J].地理科學,2017,37(2):274-282.

Zhang J,Ren Z Y.Spatiotemporal characteristics of evapotranspiration based on MOD16 in the Hanjiang River Basin[J].Scientia Geographica Sinica,2017,37(2):274-282. (in Chinese)

[11]溫姍姍,姜彤,李修倉,等.1961-2010年松花江流域實際蒸散發時空變化及影響要素分析[J].氣候變化研究進展, 2014,10(2):79-86.

Wen S S,Jiang T,Li X C,et al.Changes of actual evapotranspiration over the Songhua River Basin from 1961 to 2010[J].Advances in Climate Change Research,2014, 10(2):79-86.(in Chinese)

[12]李修倉,姜彤,溫姍姍,等.珠江流域實際蒸散發的時空變化及影響要素分析[J].熱帶氣象學報,2014,30(3):483-494.

Li X C,Jiang T,Wen S S,et al.Spatio-temporal variation of actual evapotranspiration and its impact factors in Pearl River Basin,China[J].Journal of Tropical Meteorology,2014, 30(3):483-494.(in Chinese)

[13]蔣春宇,黃領梅,沈冰,等.CRAE模型在新疆和田綠洲的適用性分析[J].水資源與水工程學報,2016,27(2):51-54.

Jiang C Y,Huang L M,Shen B,et al.Applicability of CRAE model in Hotan oasis of Xinjiang[J].Journal of Water Resources & Water Engineering,2016,27(2):51-54.(in Chinese)

[14]朱非林,王衛光,孫一萌,等.漢江流域實際蒸散發的時空演變規律及成因分析[J].河海大學學報(自然科學版),2013, (4):300-306.

Zhu F L,Wang W G,Sun Y M,et al.Spatial and temporal variations of actual evapotranspiration and their causes in Hanjiang River Basin[J].Journal of Hohai University (Natural Sciences),2013,(4):300-306.(in Chinese)

[15]謝今范,韋小麗,張晨琛,等.第二松花江流域實際蒸散發的時空變化特征和影響因素[J].生態學雜志,2013,32(12): 3336-3343.

Xie J F,Wei X L,Zhang C C,et al.Spatiotemporal variation characteristics and related affecting factors of actual evapotranspiration in the second tributary of the Songhua and River Basin,Northeast China[J].Chinese Journal of Ecology,2013,32(12):3336-3343.(in Chinese)

[16]趙宗慈.為IPCC第五次評估報告提供的全球氣候模式預估[J].氣候變化研究進展,2009,5(4):241-243.

Zhao Z C.Experiments of global climate models proposed for IPCC AR5[J].Advances in Climate Change Research, 2009,5(4):241-243.(in Chinese)

[17]王安乾,蘇布達,王艷君,等.全球升溫1.5℃與2.0℃情景下中國極端低溫事件變化與耕地暴露度研究[J].氣象學報,2017,75(3):415-428.

Wang A Q,Su B D,Wang Y J,et al.Variation of the extreme minimum temperature events and farmland exposure under global warming of 1.5℃ and 2.0℃[J].Acta Meteorologica Sinica,2017,75(3):415-428.(in Chinese)

[18]張嬌艷,李揚,張東海,等.基于CMIP5全球氣候模式的21世紀貴州省極端降水事件預估[J].中國農業氣象,2017, 38(10):655-662.

Zhang J Y,Li Y,Zhang D H,et al.Projected changes in extreme precipitation events in Guizhou based on CMIP5 simulations over the 21st century[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2017,38(10):655-662.(in Chinese)

[19]Su B D,Huang J L,Gemmer M,et al.Statistical downscaling of CMIP5 multi-model ensemble for projected changes of climate in the Indus River Basin[J].Atmospheric Research, 2016,178-179 :138-149.

[20]朱海霞,呂佳佳,李秀芬,等.SRES A2/B2情景下未來黑龍江省積溫帶格局的演變[J].中國農業氣象,2014,35(5): 485-491.

Zhu H X,Lv J J,Li X F,et al.Potential variation of accumulated temperature zone in Heilongjiang Province under SRES A2/B2 scenarios[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2014,35(5):485-491.(in Chinese)

[21]劉文茹,居輝,陳國慶,等.典型濃度路徑(RCP)情景下長江中下游地區氣溫變化預估[J].中國農業氣象,2017,38(2): 65-75.

Liu W R,Ju H,Chen G Q,et al.Prediction on the possible air temperature change over the middle and lower Yangtze River Basin under the RCP scenarios[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2017,38(2):65-75.(in Chinese)

[22]Sillmann J,Roeckner E.Indices for extreme events in projections of anthropogenic climate change[J].Climatic Change,2008,86(1): 83-104.

[23]孟玉婧,姜彤,蘇布達,等.高分辨率區域氣候模式CCLM對鄱陽湖流域氣溫的模擬評估[J].中國農業氣象,2013,34(2): 123-129.

Meng Y J,Jiang T,Su B D,et al.Temperature simulation assessment by high-resolution regional climate model (CCLM) in Poyang Lake Basin[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2013,34(2):123-129.(in Chinese)

[24]陳靜,劉洪濱,王艷君,等.華北平原干旱事件特征及農業用地暴露度演變分析[J].中國農業氣象,2016,37(5):587-599.

Chen J,Liu H B,Wang Y J,et al.Variation of drought characteristics and its agricultural exposure in North China Plain[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2016,37(5): 587-599.(in Chinese)

[25]Milly P C D,Dunne K A.Potential evapotranspiration and continental drying[J].Nature Climate Change,2016,6(10): 946-951.

[26]中華人民共和國水利部.中國水資源公報[M].北京:中國水利水電出版社,2010:1-51.

The Ministry of Water Resources of the People’s Republic of China.China water resources bulletin[M].Beijing:China Water Power Press,2010:1-51.(in Chinese)

[27]Zhang K,Kimball J S,Mu Q,et al.Satellite based analysis of northern ET trends and associated changes in the regional water balance from 1983 to 2005[J].Journal of Hydrology, 2009,379(1-2):92-110.

[28]Zhang K,Kimball J S,Nemani R R,et al.Vegetation greening and climate change promote multidecadal rises of global land evapotranspiration[J].Scientific Reports,2015,5(2): 75-77.

[29]Zhang K,Kimball J S,Nemani R R,et al.A continuous satellite-derived global record of land surface evapotranspiration from 1983 to 2006[J].Water Resources Research,2010,46(9):109-118.

[30]IPCC.Climate change 2013:the physical science basis.IPCC working group I contribution to AR5[M].Cambridge UK, New York, USA:Cambridge University Press,2013.

[31]IPCC.Climate change 2014:synthesis report.In:contribution of working groups I,II and III to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change[M].IPCC Geneva,Switzerland,2014:151.

[32]劉俸霞,王艷君,趙晶,等.全球升溫1.5℃與2.0℃情景下長江中下游地區極端降水的變化特征[J].長江流域資源與環境,2017,26(5):778-788.

Liu F X,Wang Y J,Zhao J,et al.Variations of the extreme precipitation under the global warning of 1.5℃ and 2.0℃ in the mid-lower reaches of the Yangtze River Basin[J]. Resources and Environment in The Yangtze Basin,2017, 26(5):778-788.(in Chinese)

[33]Sun H M,Wang Y J,Chen J,et al.Exposure of population to droughts in the Haihe River Basin under global warming of 1.5 and 2.0℃ scenarios[J].Quaternary International,2017, 453(9):74-84.

[34]Su B D,Jian D N,Li X C,et al.Projection of actual evapotranspiration using the COSMO-CLM regional climate model under global warming scenarios of 1.5℃ and 2.0℃ in the Tarim River Basin,China[J].Atmospheric Research,2017, 196(11):119-128.

[35]Warszawski L,Frieler K,Huber V,et al.The Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project (ISI-MIP): project framework[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2014,111(9): 3228-3232.

[36]Schleussner C F,Lissner T K,Fischer E M,et al.Differential climate impacts for policy-relevant limits to global warming: the case of 1.5℃ and 2℃[J].Earth System Dynamics,2016, 7(2): 327-351.

[37]Das L,Annan J D,Hargreaves J C,et al.Improvements over three generations of climate model simulations for eastern India[J].Climate Research,2012,51(3):201-216.

Spatial and Temporal Variation of Actual Evapotranspiration in China under the 1.5℃ and 2.0℃ Global Warming Scenarios

SU Bu-da1,2,3, ZHOU Jian1, WANG Yan-jun1, TAO Hui3, GAO Chao4, LIU Feng-xia1, LI Xiu-cang1,2, JIANG Tong1,2,3

（1.Collaboration Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters/School of Geography, Nanjing University of Information Science &Technology, Nanjing 210044, China; 2.National Climate Center, Beijing 100081; 3.State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011; 4.Department of Geography and Spatial Information Technology, Ningbo University, Ningbo 315211）

Evapotranspiration is a key process of hydrological cycle, and understanding it's changing patterns in the warming world is of great significance to the integrated water resources management. Monthly evapotranspiration outputs from 17 global climate models for 1961?2100 are used to analyze spatial and temporal changes of actual evapotranspiration over China under the 1.5℃ and 2.0℃ global warming scenarios. The results showed that: (1) In the 1.5℃ warming level, annual actual evapotranspiration in China will show a spatial pattern of decrease from the southeast coastal area to the northwest inland. Actual evapotranspiration over China is projected to 4.4% higher than in the reference period of 1986?2005, with the highest growth rate of 7.7% in the Northwest River Basin. Seasonally, increase of actual evapotranspiration will be obvious in winter, reaching at about 5.2%. (2) In the 2.0℃ warming, annual actual evapotranspiration over China will increase by 7.8% with relative to the reference period. The growth rate in the river basins in southern China is less than that in the north. Increase of actual evapotranspiration in the Pearl River Basin will be about 3.9%, but possibly approaching 10% in the Liaohe River Basin in northeast China and the central Northwest River Basin. On seasonal scale, the highest increase of actual evapotranspiration by 8.3% will be in spring and winter over China. (3) Relative to the 1.5℃ level, annual actual evapotranspiration will increase by about 3.4% for an additional 0.5℃ global warming scenario in China. Evapotranspiration is projected to increase obviously in northwest of the Southwest River Basin, southwest of the Northwest River Basin and the Liaohe River Basin, but might be slightly reduced in northeast and northwest parts of the Northwest River Basin. Seasonally, growth rate will be high in spring but comparatively less in autumn. The projected result that the actual evapotranspiration might show an upward trend in China with the increase of global mean temperature indicates aggravation of regional droughts in future, which might bring adverse impacts on agricultural production.

Evapotranspiration；1.5℃ warming；2.0℃ warming；Ten river basins；Climate change

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.05.001

蘇布達,周建,王艷君,等.全球升溫1.5℃和2.0℃情景下中國實際蒸散發時空變化特征[J].中國農業氣象,2018,39(5):293-303

2017?09?04

。E-mail：jiangtong@cma.gov.cn

國家自然科學基金（41571494）；中國氣象局氣候變化專項“氣候變化影響綜合評估”（CCSF 201722）

蘇布達（1972?），研究員，主要從事氣候變化影響評估研究。E-mail：subd@cma.gov.cn