陸域蒸散發及資源環境效應

?王文科

蒸散發是指植物蒸騰、水（陸）面蒸發，包括植被截留的水量的總和。蒸散發是自然界水循環的一個組成部分，其間物質、能量與信息的交換對自然界水循環、水資源形成與演化及生態系統的結構、過程和功能具有顯著影響。由于下墊面的多樣性和蒸散發過程的復雜性，使得對相關科學問題的認知還存在很大的不確定性，成為水文、生態、氣候、環境等研究領域的瓶頸。

為推動陸域蒸散發理論研究和實際應用，服務新時代水資源評價和生態文明建設，《水文地質工程地質》雜志開辟了“陸域蒸散發及資源環境效應”專欄，共選出10篇論文，分別于2021年第三、四期刊出。10篇文章較系統地梳理了蒸散發研究現狀和發展趨勢，其研究區域涵蓋了我國旱區和濕潤地區，研究對象包括水面蒸發、土面蒸發、植物蒸騰和潛水蒸發，研究方法包括原位實驗、數值模擬和遙感技術等。各篇文章要點為：《蒸散發水源組成與測定方法研究進展》梳理了大量國內外相關研究文獻，分析了蒸散發水源組成的水分來源和測定方法，提出了未來蒸散發水源組成研究的方向；《地下水埋深對淮北平原冬小麥耗水量影響試驗研究》基于2017—2020年五道溝水文水資源實驗站大型稱重式蒸滲儀，以蒸散發表征小麥耗水的變化，識別了小麥耗水的關鍵環境因子，探索了不同情景下小麥的耗水特征；《格爾木河流域水面蒸發特征及影響因素分析》基于格爾木河流域近60年的水面蒸發等觀測資料，識別了流域內水面蒸發的空間異質性、主控因素及氣候變化特征；《基于野外觀測與能量守恒原理分析飽和裸土與水面蒸發量的差異》采用原位試驗的方法，發現飽和裸土的蒸發量大于水面蒸發量，解析了飽和裸土和水面蒸發量差異的原因；《基于蒸滲儀和解析法估算毛烏素沙地潛水蒸發量》一文利用野外原位飽和裸土蒸滲儀試驗觀測結果和土壤水運動方程穩態解析解，估算了毛烏素沙地4種典型巖性潛水蒸發的重要經驗系數值，為估算潛水蒸發提供了一種方法；《黃河源區潛在蒸散量估算方法適用性分析》基于黃河源區11個氣象站近50年氣象資料，采用6種方法估算了潛在蒸散量，分析了估算結果的可靠性，確定了適合黃河源區的蒸散量估算方法；《半干旱地區地表-地下水系統水熱運移與裸土蒸發研究》利用鄂爾多斯盆地風沙灘區2種不同水位埋深蒸滲儀的蒸發量觀測數據，研究了不同水位埋深下的水勢梯度和溫度梯度對蒸發作用的影響機制；《基于MOD16的銀川平原地表蒸散量時空特征及影響因素分析》利用MOD16A3地表蒸散量數據，分析了2004—2019年銀川平原蒸散量變化特征，預測了未來至2024年地表蒸散量的發展趨勢；《西北旱區潛在蒸散發的氣候敏感性及其干旱特征研究》基于1964—2018年西北旱區163個氣象站的監測數據，采用Sobol全局敏感性方法，分析了西北旱區不同區域的干旱發展趨勢；《基于MODIS蒸散量數據的淮河流域蒸散發時空變化及影響因素分析》利用MODIS蒸散發數據產品，探討了2000—2014年淮河流域蒸散量時空變化特征及其對氣候變化、土地利用的響應。由于陸域蒸散發的動力學過程及多尺度變化機理的復雜性，仍然還有很多的工作需要進一步深化研究。需要指出的是，雖然該專欄僅僅做了一些探討性的工作，但將在推動我國相關方面的理論研究、技術開發以及政策法律研究方面起到至關重要的作用。

10篇論文重點探討了陸域蒸散發的過程及其間的耦合關系。自然界蒸散發涉及大氣-地表-包氣帶-地下水系統多界面復雜的、非線性動力學過程，很多關鍵科學和技術問題遠沒有很好地得到解決。未來將加強以下幾方面的研究：（1）典型陸域多尺度蒸散發觀測理論與技術。基于能量平衡和水量平衡原理，構建多尺度蒸散發“空-地-井”一體化的觀測體系，識別多尺度下蒸散發的時空變化趨勢及主控因素，揭示不同空間尺度蒸散發轉換規律。（2）復雜下墊面蒸散發動力學機制和測算理論。分析大氣-植被-地表-包氣帶-地下水系統中各狀態變量動態變化特征，闡明狀態變量對蒸散發的驅動機制；研究復雜下墊面中“土-氣、土-根、水-氣、植-氣”界面的水分-能量相互轉化機理，解析蒸發動力學過程，構建多尺度蒸散發計算模型，探討模型求解方法。（3）復雜下墊面多尺度蒸散發大數據融合與計算技術。建立多尺度“淺層地下水-土壤-植被”蒸散發遙感測算模型，研究模型的參數敏感性和適用性，依據遙感反演和站點觀測的蒸散發及控制因素的狀態變量，揭示不同時空尺度間蒸散發的機理，開發不同時空尺度蒸散發融合模型。（4）復雜下墊面蒸散發的多尺度變化機理。根據“點-局域-流域-區域”不同空間尺度和“日-旬-月-季-年”不同時間尺度上的變化特征，揭示陸域蒸散發不同時空尺度上的分異特征及變化規律。從不同空間尺度研究蒸散發對局部水熱條件、區域下墊面和氣候變化的響應過程，揭示局部水熱條件、區域下墊面及氣候變化影響陸域蒸散發的物理機制。（5）陸域蒸散發變化的生態水文與水資源環境效應。厘定蒸散發對不同生態系統水熱平衡的影響途徑，揭示蒸散發變化對植被生產力的影響過程；建立水熱平衡關系和水碳耦合關系的數學表征和耦合模型，獲取關鍵參數，闡明不同生態系統蒸散發變化對水熱平衡和生產力的影響及趨勢。