陸域蒸散發(fā)及資源環(huán)境效應(yīng)

?王文科

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

為推動陸域蒸散發(fā)理論研究和實(shí)際應(yīng)用，服務(wù)新時代水資源評價和生態(tài)文明建設(shè)，《水文地質(zhì)工程地質(zhì)》雜志開辟了“陸域蒸散發(fā)及資源環(huán)境效應(yīng)”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(tǒng)地梳理了蒸散發(fā)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，其研究區(qū)域涵蓋了我國旱區(qū)和濕潤地區(qū)，研究對象包括水面蒸發(fā)、土面蒸發(fā)、植物蒸騰和潛水蒸發(fā)，研究方法包括原位實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和遙感技術(shù)等。各篇文章要點(diǎn)為：《蒸散發(fā)水源組成與測定方法研究進(jìn)展》梳理了大量國內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)，分析了蒸散發(fā)水源組成的水分來源和測定方法，提出了未來蒸散發(fā)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(yàn)研究》基于2017—2020年五道溝水文水資源實(shí)驗(yàn)站大型稱重式蒸滲儀，以蒸散發(fā)表征小麥耗水的變化，識別了小麥耗水的關(guān)鍵環(huán)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(fā)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(fā)等觀測資料，識別了流域內(nèi)水面蒸發(fā)的空間異質(zhì)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(fā)量的差異》采用原位試驗(yàn)的方法，發(fā)現(xiàn)飽和裸土的蒸發(fā)量大于水面蒸發(fā)量，解析了飽和裸土和水面蒸發(fā)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(fā)量》一文利用野外原位飽和裸土蒸滲儀試驗(yàn)觀測結(jié)果和土壤水運(yùn)動方程穩(wěn)態(tài)解析解，估算了毛烏素沙地4種典型巖性潛水蒸發(fā)的重要經(jīng)驗(yàn)系數(shù)值，為估算潛水蒸發(fā)提供了一種方法；《黃河源區(qū)潛在蒸散量估算方法適用性分析》基于黃河源區(qū)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(jié)果的可靠性，確定了適合黃河源區(qū)的蒸散量估算方法；《半干旱地區(qū)地表-地下水系統(tǒng)水熱運(yùn)移與裸土蒸發(fā)研究》利用鄂爾多斯盆地風(fēng)沙灘區(qū)2種不同水位埋深蒸滲儀的蒸發(fā)量觀測數(shù)據(jù)，研究了不同水位埋深下的水勢梯度和溫度梯度對蒸發(fā)作用的影響機(jī)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(shù)據(jù)，分析了2004—2019年銀川平原蒸散量變化特征，預(yù)測了未來至2024年地表蒸散量的發(fā)展趨勢；《西北旱區(qū)潛在蒸散發(fā)的氣候敏感性及其干旱特征研究》基于1964—2018年西北旱區(qū)163個氣象站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用Sobol全局敏感性方法，分析了西北旱區(qū)不同區(qū)域的干旱發(fā)展趨勢；《基于MODIS蒸散量數(shù)據(jù)的淮河流域蒸散發(fā)時空變化及影響因素分析》利用MODIS蒸散發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)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(yīng)。由于陸域蒸散發(fā)的動力學(xué)過程及多尺度變化機(jī)理的復(fù)雜性，仍然還有很多的工作需要進(jìn)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(guān)方面的理論研究、技術(shù)開發(fā)以及政策法律研究方面起到至關(guān)重要的作用。

10篇論文重點(diǎn)探討了陸域蒸散發(fā)的過程及其間的耦合關(guān)系。自然界蒸散發(fā)涉及大氣-地表-包氣帶-地下水系統(tǒng)多界面復(fù)雜的、非線性動力學(xué)過程，很多關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題遠(yuǎn)沒有很好地得到解決。未來將加強(qiáng)以下幾方面的研究：（1）典型陸域多尺度蒸散發(fā)觀測理論與技術(shù)?；谀芰科胶夂退科胶庠?，構(gòu)建多尺度蒸散發(fā)“空-地-井”一體化的觀測體系，識別多尺度下蒸散發(fā)的時空變化趨勢及主控因素，揭示不同空間尺度蒸散發(fā)轉(zhuǎn)換規(guī)律。（2）復(fù)雜下墊面蒸散發(fā)動力學(xué)機(jī)制和測算理論。分析大氣-植被-地表-包氣帶-地下水系統(tǒng)中各狀態(tài)變量動態(tài)變化特征，闡明狀態(tài)變量對蒸散發(fā)的驅(qū)動機(jī)制；研究復(fù)雜下墊面中“土-氣、土-根、水-氣、植-氣”界面的水分-能量相互轉(zhuǎn)化機(jī)理，解析蒸發(fā)動力學(xué)過程，構(gòu)建多尺度蒸散發(fā)計算模型，探討模型求解方法。（3）復(fù)雜下墊面多尺度蒸散發(fā)大數(shù)據(jù)融合與計算技術(shù)。建立多尺度“淺層地下水-土壤-植被”蒸散發(fā)遙感測算模型，研究模型的參數(shù)敏感性和適用性，依據(jù)遙感反演和站點(diǎn)觀測的蒸散發(fā)及控制因素的狀態(tài)變量，揭示不同時空尺度間蒸散發(fā)的機(jī)理，開發(fā)不同時空尺度蒸散發(fā)融合模型。（4）復(fù)雜下墊面蒸散發(fā)的多尺度變化機(jī)理。根據(jù)“點(diǎn)-局域-流域-區(qū)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(fā)不同時空尺度上的分異特征及變化規(guī)律。從不同空間尺度研究蒸散發(fā)對局部水熱條件、區(qū)域下墊面和氣候變化的響應(yīng)過程，揭示局部水熱條件、區(qū)域下墊面及氣候變化影響陸域蒸散發(fā)的物理機(jī)制。（5）陸域蒸散發(fā)變化的生態(tài)水文與水資源環(huán)境效應(yīng)。厘定蒸散發(fā)對不同生態(tài)系統(tǒng)水熱平衡的影響途徑，揭示蒸散發(fā)變化對植被生產(chǎn)力的影響過程；建立水熱平衡關(guān)系和水碳耦合關(guān)系的數(shù)學(xué)表征和耦合模型，獲取關(guān)鍵參數(shù)，闡明不同生態(tài)系統(tǒng)蒸散發(fā)變化對水熱平衡和生產(chǎn)力的影響及趨勢。