全球升溫1.5℃和2.0℃情景下中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)時(shí)空變化特征*

蘇布達(dá)，周 建，王艷君，陶 輝，高 超，劉俸霞，李修倉(cāng) ,2，姜 彤**

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全球升溫1.5℃和2.0℃情景下中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)時(shí)空變化特征*

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

（1．南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同中心/地理科學(xué)學(xué)院，南京 210044；2．中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心，北京 100081；3．中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830011；4．寧波大學(xué)地理與空間信息技術(shù)系，寧波 315211）

蒸散發(fā)是水文循環(huán)的關(guān)鍵過(guò)程，研究升溫背景下的蒸散發(fā)對(duì)水資源綜合管理有著重要意義?；?7個(gè)全球氣候模式1961?2100年逐月蒸散發(fā)輸出，分析了全球升溫1.5℃和2.0℃情景下，中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)時(shí)空變化特征。結(jié)果表明：（1）全球升溫1.5℃，年實(shí)際蒸散發(fā)呈現(xiàn)由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減態(tài)勢(shì)。與基準(zhǔn)期1986?2005年相比，中國(guó)年實(shí)際蒸散發(fā)約增加4.4%，其中，西北諸河流域增長(zhǎng)率最大，達(dá)7.7%。季節(jié)尺度上，冬季實(shí)際蒸散發(fā)增長(zhǎng)速率最快，約5.2%。（2）全球升溫2.0℃，中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)比1986?2005年上升7.8%，南方流域增長(zhǎng)速率比北方流域小，珠江流域僅增長(zhǎng)3.9%，實(shí)際蒸散發(fā)增長(zhǎng)最為迅猛的遼河流域和西北諸河流域中部增長(zhǎng)率達(dá)10%。春冬兩季中國(guó)蒸散發(fā)增加最明顯，達(dá)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(dǎo)致中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)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?xùn)|北部和西北部等地微弱減少。春季蒸散發(fā)增長(zhǎng)速率最大，秋季最小。隨著全球變暖，中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，可能加劇區(qū)域干旱事件，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)不利影響。

蒸散發(fā)；升溫1.5℃；升溫2.0℃；十大流域；氣候變化

蒸散發(fā)包括水面蒸發(fā)、陸面蒸發(fā)和植被蒸騰，能夠?qū)⒓s60%的降水量返還大氣，是水分循環(huán)、碳循環(huán)和能量循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)陸面降水及潛熱輸送意義重大[1-3]。根據(jù)下墊面的供水條件，可將蒸散發(fā)分為潛在蒸散發(fā)（Potential evapotranspiration，ETp）和實(shí)際蒸散發(fā)（Actual evapotranspiration，ETa）。潛在蒸散發(fā)表示一個(gè)充分供水條件下的最大可能蒸散發(fā)[4]，但是在自然條件下，下墊面往往不能達(dá)到充分供水條件。近年來(lái)，隨著全球氣溫持續(xù)升高，地表蒸發(fā)加劇，部分地區(qū)頻繁遭受干旱災(zāi)害；同時(shí)，蒸散發(fā)的加強(qiáng)促使大氣水分也隨之增加，提高了暴雨洪澇幾率[1]，實(shí)際蒸散發(fā)研究受到水文、氣候、農(nóng)業(yè)等多行業(yè)的廣泛關(guān)注。但是由于設(shè)備成本高、維護(hù)難度大，難以獲取實(shí)際蒸散發(fā)直接觀測(cè)資料，且單點(diǎn)的觀測(cè)無(wú)法滿足區(qū)域研究的需求[2,5-6]，因而實(shí)際蒸散發(fā)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(shù)能夠獲取大范圍的地表特征信息，可以估算區(qū)域能量平衡和水分情況。很多學(xué)者基于MODIS產(chǎn)品對(duì)區(qū)域蒸散發(fā)進(jìn)行了時(shí)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(guī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)推求蒸散發(fā)，應(yīng)用也很普遍[2-3,11-15]。以往研究往往側(cè)重歷史時(shí)期蒸散發(fā)的時(shí)空變化分析，鮮有全球升溫背景下未來(lái)實(shí)際蒸散發(fā)的預(yù)估研究報(bào)道。

氣候模式是開(kāi)展氣候模擬和預(yù)估的重要工具，廣泛運(yùn)用于全球氣候變化研究[16-17]。世界氣候研究計(jì)劃（World Climate Research Programme，WCRP）中的耦合模式國(guó)際比較計(jì)劃開(kāi)展到第五階段（Coupled Model Intercomparisson Project Phase 5，CMIP5），已有大量研究運(yùn)用全球氣候模式及其降尺度的結(jié)果，開(kāi)展了全球和區(qū)域尺度上氣溫、降水等要素的模擬評(píng)估與預(yù)估，取得良好效果[17-24]。實(shí)際蒸散發(fā)也是氣候模式重要輸出要素之一[25]，能夠?yàn)槲磥?lái)實(shí)際蒸散發(fā)預(yù)估研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

隨著全球氣候變暖，實(shí)際蒸散發(fā)的時(shí)空分布格局也將發(fā)生變化，給未來(lái)水資源管理和極端事件風(fēng)險(xiǎn)管理帶來(lái)挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)全球氣候變化帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，2015年《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》近200個(gè)締約方在巴黎氣候變化大會(huì)上達(dá)成《巴黎協(xié)定》，決定把全球升溫較工業(yè)化前水平控制在2.0℃之內(nèi)，并把升溫控制在1.5℃之內(nèi)作為努力目標(biāo)。本文利用17個(gè)全球氣候模式1961?2100年的輸出資料，基于1982?2003年MOD16/ET遙感數(shù)據(jù)和水量平衡方法，評(píng)估氣候模式對(duì)中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)的模擬能力，并對(duì)比分析了全球升溫1.5℃和2.0℃情景下中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)的時(shí)空分布特征，以期為水資源綜合管理和旱澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，以及農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)策略提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

依據(jù)國(guó)家水資源綜合規(guī)劃[26]，中國(guó)劃分為十大流域，即松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長(zhǎng)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(qū)，流域面積分別為110萬(wàn)km2和34萬(wàn)km2，屬溫帶季風(fēng)氣候。海河流域位于半濕潤(rùn)半干旱地帶，總面積33萬(wàn)km2。黃河流域跨越干旱、半干旱和半濕潤(rùn)3個(gè)氣候區(qū)，面積80萬(wàn)km2?；春恿饔虻靥幹袊?guó)南北氣候過(guò)渡帶，面積約32萬(wàn)km2，占中國(guó)國(guó)土總面積的3.3%。長(zhǎng)江流域橫穿西南、華中、華東3個(gè)經(jīng)濟(jì)區(qū)，大部屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，總面積達(dá)167萬(wàn)km2。東南諸河流域位于東南沿海地區(qū)，季風(fēng)盛行，雨水充沛，面積約21萬(wàn)km2。珠江流域地處中國(guó)最南端，氣候濕潤(rùn)，總面積51萬(wàn)km2。西南諸河流域地處西南邊陲，氣候有明顯的經(jīng)向、緯向和垂向分異特征，總面積77萬(wàn)km2。西北諸河流域深居歐亞大陸腹地，屬于干旱區(qū)，氣候干燥，面積約占中國(guó)總面積的1/3。

1.2 數(shù)據(jù)

使用兩套蒸散發(fā)數(shù)據(jù)，一套為遙感產(chǎn)品，另一套為氣候模式輸出。遙感產(chǎn)品（MOD16/ET）由蒙大拿大學(xué)密蘇拉分校地球動(dòng)態(tài)數(shù)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(fā)以及水面蒸發(fā)[27-29]，時(shí)間區(qū)間為1982?2003年，數(shù)據(jù)空間分辨率為0.5°（http:// www.ntsg.umt.edu /project/mod16）。

氣候模式數(shù)據(jù)則選用CMIP5中17個(gè)全球氣候模式（表1）在歷史時(shí)期和未來(lái)不同典型濃度路徑（RCP）下實(shí)際蒸散發(fā)輸出（http://cmip-pcmdi.llnl. gov/cmip5/data_ getting_started.html），代表從下墊面和植被由液態(tài)或固態(tài)轉(zhuǎn)化為蒸氣實(shí)際進(jìn)入大氣中的通量。為便于比較，通過(guò)反距離權(quán)重插值法將17個(gè)模式的輸出統(tǒng)一插值到0.5°格點(diǎn)。時(shí)間區(qū)間為1961? 2100年。

圖1 中國(guó)十大流域空間分布

表1 17個(gè)全球氣候模式的基本信息

注：水平分辨率=經(jīng)向格點(diǎn)數(shù)×緯向格點(diǎn)數(shù)。

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

基于觀測(cè)降水和徑流，檢驗(yàn)氣候模式對(duì)中國(guó)蒸散發(fā)的模擬能力。其中，降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家氣象信息中心，由經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制的全國(guó)2479個(gè)氣象觀測(cè)站1961年以來(lái)的逐日資料組成。徑流數(shù)據(jù)來(lái)自歷年《中國(guó)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(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 全球升溫時(shí)間的確定

1986?2005年（基準(zhǔn)期）全球平均氣溫比工業(yè)革命前（1850?1900年）升高了0.61℃[30-31]。在此基礎(chǔ)上繼續(xù)升高0.89℃和1.39℃，則意味著全球升溫達(dá)到1.5℃和2.0℃[16]。已有研究表明，RCP2.6情景下預(yù)計(jì)在2020?2039年全球升溫1.5℃；RCP4.5情景下預(yù)計(jì)在2040?2059年升溫2.0℃[17,32-36]。

1.3.2 空間相關(guān)系數(shù)

采用17種全球氣候模式中位數(shù)與遙感觀測(cè)值的相關(guān)系數(shù)，開(kāi)展模式模擬能力的評(píng)估。其計(jì)算為

式中，xi為MOD16/ET年實(shí)際蒸散發(fā)（mm），yi為模式輸出的年實(shí)際蒸散發(fā)（mm），i為格點(diǎn)序號(hào)，N為格點(diǎn)個(gè)數(shù)（本研究為3848），r為相關(guān)系數(shù)。

1.3.3中心化標(biāo)準(zhǔn)均方根誤差（Normalized Centered RMSE，NCRMSE）

運(yùn)用NCRMSE[37]對(duì)氣候模式輸出實(shí)際蒸散發(fā)進(jìn)行誤差檢驗(yàn)，計(jì)算式為

1.3.4 水量平衡法

采用閉合流域水量平衡法計(jì)算松花江流域、海河流域和淮河流域年實(shí)際蒸散發(fā)，計(jì)算式為

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

2 結(jié)果與分析

2.1 全球氣候模式對(duì)實(shí)際蒸散發(fā)的模擬效果

MOD16/ET反演的1982?2003年多年平均實(shí)際蒸散發(fā)空間分布與全球氣候模式輸出結(jié)果的對(duì)比表明，MOD16/ET與氣候模式模擬的年實(shí)際蒸散發(fā)均呈南多北少，由東南沿海向西北內(nèi)陸減少的特點(diǎn)。珠江流域和東南諸河流域大部地區(qū)年實(shí)際蒸散發(fā)在900mm以上，西南諸河流域南部800mm以上，長(zhǎng)江中下游地區(qū)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(fā)的空間相關(guān)系數(shù)，除海河流域以外的九大流域均達(dá)到P<0.01的極顯著相關(guān)水平，在西南諸河流域相關(guān)系數(shù)甚至達(dá)到0.87。說(shuō)明模式輸出的蒸散發(fā)總體上能夠反映實(shí)際蒸散發(fā)的空間分布格局。

MOD16/ET與氣候模式輸出的蒸散發(fā)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(fā)均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，兩者相關(guān)系數(shù)0.48，達(dá)到P<0.05的顯著相關(guān)水平。但氣候模式蒸散發(fā)以8.1mm·10a?1的傾向率比MOD16/ET的12mm·10a-1變化速率平緩。

為進(jìn)一步評(píng)估氣候模式對(duì)實(shí)際蒸散發(fā)的模擬能力，選取松花江流域、海河流域和淮河流域，對(duì)區(qū)域水量平衡法和遙感反演的蒸散發(fā)與模式模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。由圖4可見(jiàn)，模式輸出的蒸散發(fā)的年內(nèi)分布與MOD16/ET和水量平衡的結(jié)果在三大流域有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，均呈現(xiàn)夏季大、冬季小的季節(jié)波動(dòng)，且模式輸出蒸散發(fā)與水量平衡計(jì)算結(jié)果的中心化標(biāo)準(zhǔn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。說(shuō)明17個(gè)模式的中位數(shù)能夠用于預(yù)估全球升溫背景下中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)的變化趨勢(shì)。

2.2 全球升溫1.5℃和2.0℃情景下實(shí)際蒸散發(fā)的變化趨勢(shì)

2.2.1 年實(shí)際蒸散發(fā)的變化

基準(zhǔn)期（1986?2005年）中國(guó)年實(shí)際蒸散發(fā)約520.3mm，各模式間的變幅在403.2～589.0mm。南方流域?qū)嶋H蒸散發(fā)強(qiáng)于北方流域，珠江流域?qū)嶋H蒸散發(fā)達(dá)966.4mm（836.7～1123.7mm），西北諸河流域的蒸散發(fā)僅297.9mm（162.0～436.4mm）（圖5）。夏季實(shí)際蒸散發(fā)最高，占全年總量近50%，達(dá)237.6mm（197.1～273.5mm）；冬季最低，為41.4mm（27.1～74.8mm），春季蒸散略強(qiáng)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(guó)年實(shí)際蒸散發(fā)空間分布

圖3 1982?2003年遙感反演和模式輸出實(shí)際蒸散發(fā)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(shí)際蒸散發(fā)量的年內(nèi)分布

全球升溫1.5℃情景下，中國(guó)年實(shí)際蒸散發(fā)呈明顯增加態(tài)勢(shì)，將達(dá)到546.9mm，較基準(zhǔn)期增加4.4%。珠江流域增長(zhǎng)率最小，預(yù)計(jì)為1.6%，而西北諸河流域?qū)嶋H蒸散發(fā)的增長(zhǎng)可達(dá)7.7%。升溫1.5℃基礎(chǔ)上額外增溫0.5℃，中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)約增加3.4%。遼河和西北諸河流域?qū)嶋H蒸散發(fā)的增長(zhǎng)最為迅猛，分別達(dá)4.1%和3.8%，松花江、海河、黃河、淮河、長(zhǎng)江、東南諸河和西南諸河流域增長(zhǎng)率約3.0%，珠江流域?yàn)?.3%。隨著全球氣溫持續(xù)升高，東南諸河流域?qū)嶋H蒸散發(fā)持續(xù)增加并接近珠江流域，而遼河流域?qū)嶋H蒸散發(fā)將超過(guò)西南諸河流域（圖5）。

與基準(zhǔn)期相比，中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)在全球升溫1.5℃和2.0℃情景下的增長(zhǎng)幅度，由東南沿海向西北內(nèi)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(fā)較基準(zhǔn)期將增長(zhǎng)約2%，淮河流域南部和長(zhǎng)江流域大部增長(zhǎng)2%～4%，黃河流域、松花江流域、遼河流域和海河流域大部增長(zhǎng)4%～6%，而西北諸河流域中部超過(guò)8%（圖6a）。全球升溫2.0℃，中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)呈繼續(xù)增加態(tài)勢(shì)。珠江流域和西南諸河流域南部增長(zhǎng)約4%，東南諸河流域增長(zhǎng)4%～6%，黃河流域南部、淮河流域及長(zhǎng)江流域大部增長(zhǎng)6%，松花江、遼河流域大部及海河流域的東北部增長(zhǎng)率超過(guò)8%，西北諸河流域大部地區(qū)增長(zhǎng)10%以上，中部甚至超過(guò)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(shí)際蒸散發(fā)相對(duì)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(guó)范圍內(nèi)年均蒸散發(fā)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(qū)蒸散發(fā)增加6%以上，松花江、遼河、海河、淮河、長(zhǎng)江、東南諸河以及珠江流域的東部和北部年蒸散發(fā)增加2%～4%。

2.2.2 季節(jié)實(shí)際蒸散發(fā)的變化

與基準(zhǔn)期相比，全球升溫1.5℃情景下，中國(guó)春秋兩季蒸散發(fā)增加幅度相近，分別將增長(zhǎng)4.7%（?0.4%～13.3%）和4.3%（0.7%～6.7%），而夏季增長(zhǎng)速率最慢，僅2.8%（0.5%～5.3%），冬季增長(zhǎng)最快，達(dá)5.2%（?1.9%～12.7%）；升溫2.0℃，夏秋季蒸散發(fā)的增長(zhǎng)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(jié)蒸散發(fā)相對(duì)基準(zhǔn)期的變化百分率

注：矩形內(nèi)橫線表示多模式實(shí)際蒸散發(fā)中位數(shù)的相對(duì)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(shí)際蒸散發(fā)較基準(zhǔn)期的增長(zhǎng)率高于南方流域，全國(guó)僅西南諸河南部實(shí)際蒸散發(fā)有所減少，淮河、長(zhǎng)江大部、東南諸河及珠江流域與基準(zhǔn)期相比增長(zhǎng)不足6%，而松花江、遼河、海河、黃河流域增長(zhǎng)6%～10%，西北諸河流域的中部增長(zhǎng)率達(dá)到20%。夏季，全國(guó)范圍實(shí)際蒸散發(fā)的增長(zhǎng)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(qū)增長(zhǎng)率約為6%。秋季，西北諸河流域大部實(shí)際蒸散發(fā)與基準(zhǔn)期相比增加10%～15%，松花江、遼河、黃河流域西部和長(zhǎng)江流域西北部增長(zhǎng)6%～10%，其余在6%以下。冬季，西北諸河流域南部存在一個(gè)負(fù)增長(zhǎng)區(qū)，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(shí)際蒸散發(fā)快速增長(zhǎng)的區(qū)域，增速達(dá)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(shí)際蒸散發(fā)相較基準(zhǔn)期增長(zhǎng)最大，達(dá)到20%以上，其次為遼河流域，增長(zhǎng)速率超過(guò)15%，珠江流域和東南諸河流域南部增長(zhǎng)率不足6%。夏季和秋季，全國(guó)范圍實(shí)際蒸散發(fā)均有所增加，增速最大區(qū)域位于西北諸河流域西南部，增長(zhǎng)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(zhǎng)率均超過(guò)20%，而長(zhǎng)江流域南部、東南諸河流域和珠江流域北部增長(zhǎng)速率為6%～10%。

由圖8a3?d3可見(jiàn)，升溫1.5℃基礎(chǔ)上全球額外增溫0.5℃，中國(guó)四季蒸散發(fā)整體上表現(xiàn)為增加趨勢(shì)。春季，中國(guó)平均實(shí)際蒸散發(fā)約增加4%，而在長(zhǎng)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(shí)際蒸散發(fā)增加區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大，僅在西北諸河流域西北部有所減少，而長(zhǎng)江中下游、東南諸河流域、珠江大部、淮河流域、海河?xùn)|部、遼河流域和西北諸河流域南部等地蒸散發(fā)增加超3%。秋季，中國(guó)大部地區(qū)實(shí)際蒸散發(fā)增加0～3%。黃河、海河、淮河、長(zhǎng)江4個(gè)流域的邊界地帶以及西北諸河流域的西部蒸散發(fā)有所減少。冬季，中國(guó)平均實(shí)際蒸散發(fā)增加約3%，但在西北諸河、長(zhǎng)江和黃河流域邊界及松花江流域東北部減少2%左右。

3 結(jié)論與討論

（1）1986?2005年，中國(guó)年實(shí)際蒸散發(fā)約520.3mm?？臻g分布上，年實(shí)際蒸散發(fā)呈現(xiàn)由東南沿海向西北內(nèi)陸減少的特點(diǎn)，珠江流域?qū)嶋H蒸散發(fā)最大，而西北諸河流域僅為297.9mm。年內(nèi)夏季實(shí)際蒸散發(fā)最高，占全年總量近50%，達(dá)237.6mm，冬季最弱。

圖8 全球升溫1.5℃和2.0℃情景下中國(guó)四季蒸散發(fā)的相對(duì)變化率

（2）全球升溫1.5℃，中國(guó)年實(shí)際蒸散發(fā)與基準(zhǔn)期相比增加4.4%，空間上增長(zhǎng)速率呈現(xiàn)由東南沿海向西北內(nèi)陸增加的態(tài)勢(shì)。相較于基準(zhǔn)期，西北諸河流域?qū)嶋H蒸散發(fā)增速最快，達(dá)到7.7%，而珠江僅增長(zhǎng)1.6%。季節(jié)尺度上，冬季蒸散發(fā)相較于基準(zhǔn)期變化明顯，增長(zhǎng)約5.2%，春秋兩季增速相近，而夏季實(shí)際蒸散發(fā)的增速較緩，僅2.8%。

（3）全球升溫2.0℃，中國(guó)年實(shí)際蒸散發(fā)較基準(zhǔn)期上升7.8%。實(shí)際蒸散發(fā)的空間分布依然由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減。珠江流域年均實(shí)際蒸散發(fā)最大，但其較基準(zhǔn)期的增長(zhǎng)率僅為3.9%。春季和冬季全國(guó)平均蒸散發(fā)較基準(zhǔn)期增長(zhǎng)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(zhǎng)速率最快的地區(qū)。

（4）與全球升溫1.5℃相比，2.0℃情景年實(shí)際蒸散發(fā)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?xùn)|北部和西北部等地蒸散發(fā)略有減少。流域尺度上，遼河流域的增長(zhǎng)率最高，珠江最低，分別為4.1%和2.3%。春季，中國(guó)蒸散發(fā)大約增長(zhǎng)4%，但西北諸河的東部、珠江的西部有所減少。夏季，全國(guó)大部地區(qū)實(shí)際蒸散發(fā)呈增加態(tài)勢(shì)，長(zhǎng)江中下游、東南諸河、珠江大部、淮河、海河?xùn)|部、遼河和西北諸河南部等地的增長(zhǎng)速率超過(guò)3%。秋季，全國(guó)大約增加2.7%，而在黃河、海河、淮河、長(zhǎng)江4個(gè)流域的邊界地帶以及西北諸河流域的西部蒸散發(fā)有所減少。冬季，在西北諸河、長(zhǎng)江和黃河流域邊界及松花江流域東北部實(shí)際蒸散發(fā)減少約2%。

蒸散發(fā)研究對(duì)認(rèn)識(shí)地球表面能量平衡與水分循環(huán)有著重要的意義，其時(shí)空變化影響著旱澇格局。采用17個(gè)全球氣候模式輸出的實(shí)際蒸散發(fā)，雖然各模式之間蒸散發(fā)絕對(duì)數(shù)值存在差異，但反應(yīng)的蒸散發(fā)增長(zhǎng)趨勢(shì)是近似的。與全球升溫1.5℃情景相比，2.0℃情景下中國(guó)整體實(shí)際蒸散發(fā)增大，蒸散發(fā)越來(lái)越劇烈，可能促進(jìn)局部地區(qū)極端水文氣象事件的發(fā)生，從而導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。應(yīng)積極采取措施，落實(shí)《巴黎協(xié)定》的規(guī)定，努力將氣溫升幅控制在較工業(yè)化革命前水平1.5℃之內(nèi)。

[1]徐宗學(xué),劉琳,楊曉靜.極端氣候事件與旱澇災(zāi)害研究回顧與展望[J].中國(guó)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(cāng).中國(guó)典型流域?qū)嶋H蒸散發(fā)的時(shí)空變異研究[D].南京:南京信息工程大學(xué),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(cāng),陶輝,等.基于互補(bǔ)相關(guān)理論的塔里木河流域?qū)嶋H蒸散發(fā)時(shí)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(fā)變化及其氣候影響因素分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)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(shè)的流域蒸散發(fā)估算及其對(duì)氣候與下墊面的敏感性分析[J].資源科學(xué),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(chǎn)品的鄱陽(yáng)湖流域地表蒸散發(fā)時(shí)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(chǎn)品的我國(guó)2001-2010年蒸散發(fā)時(shí)空格局變化分析[J].地球信息科學(xué)學(xué)報(bào),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(chǎn)品的淮河流域?qū)嶋H蒸散發(fā)時(shí)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(fā)空間格局演變研究[J].水土保持通報(bào),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(yuǎn).基于MOD16的漢江流域地表蒸散發(fā)時(shí)空特征[J].地理科學(xué),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(cāng),等.1961-2010年松花江流域?qū)嶋H蒸散發(fā)時(shí)空變化及影響要素分析[J].氣候變化研究進(jìn)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(cāng),姜彤,溫姍姍,等.珠江流域?qū)嶋H蒸散發(fā)的時(shí)空變化及影響要素分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),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(lǐng)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(xué)報(bào),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(wèi)光,孫一萌,等.漢江流域?qū)嶋H蒸散發(fā)的時(shí)空演變規(guī)律及成因分析[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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?qū)嶋H蒸散發(fā)的時(shí)空變化特征和影響因素[J].生態(tài)學(xué)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(píng)估報(bào)告提供的全球氣候模式預(yù)估[J].氣候變化研究進(jìn)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(dá),王艷君,等.全球升溫1.5℃與2.0℃情景下中國(guó)極端低溫事件變化與耕地暴露度研究[J].氣象學(xué)報(bào),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(yáng),張東海,等.基于CMIP5全球氣候模式的21世紀(jì)貴州省極端降水事件預(yù)估[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)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(lái)黑龍江省積溫帶格局的演變[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)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(guó)慶,等.典型濃度路徑(RCP)情景下長(zhǎng)江中下游地區(qū)氣溫變化預(yù)估[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)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(dá),等.高分辨率區(qū)域氣候模式CCLM對(duì)鄱陽(yáng)湖流域氣溫的模擬評(píng)估[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)用地暴露度演變分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)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(guó)水利部.中國(guó)水資源公報(bào)[M].北京:中國(guó)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(zhǎng)江中下游地區(qū)極端降水的變化特征[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)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(dá),周建,王艷君,等.全球升溫1.5℃和2.0℃情景下中國(guó)實(shí)際蒸散發(fā)時(shí)空變化特征[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2018,39(5):293-303

2017?09?04

。E-mail：jiangtong@cma.gov.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金（41571494）；中國(guó)氣象局氣候變化專項(xiàng)“氣候變化影響綜合評(píng)估”（CCSF 201722）

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