随着社会经济快速发展,我国水资源需求量日益增大,与有限的水供应之间的矛盾不断加剧,加之水资源时空分布不均,缓解水分胁迫刻不容缓。由于水分胁迫由实际蒸散发(AET)与潜在蒸散发(PET)的比值定义,因此研究蒸散发(ET)的时空变化对描述实际缺水足迹和评价水分胁迫具有重要意义。近些年新提出的基于最大熵增理论的蒸散发模型(MEP)为估算蒸散发提供了新的思路(Wang Jingfeng等,2011),具有输入变量简洁、满足能量守恒及适用于各种土壤水分条件下垫面的特有优势。本研究基于MEP模型,运用1982-2015年间长期系列气象资料计算了全国区域的AET和PET,评价不同ET模型在不同土地覆被类型下的适用性,并构建了四类水分胁迫指数(表1),进一步评价了水分胁迫。研究得出的主要结果如下:
(1)MEP模型计算的实际蒸散发年均值为442 mm/yr,对比基于互补相关原理的中国陆地实际蒸散数据集(马宁等,2019)的结果(404 mm/yr)偏高9.4%,空间分布特征相似(由东南向西北内陆递减),与涡度相关站点比较,MEP计算值与站点实测值吻合度较高,一致性较好。
(2)对1982-2015年间的AET变化趋势分析表明,中国大部分地区的AET增长缓慢,少数地区(如西南部)增幅较大。在空间分布上,各区域差异性较大,揭示了气象因素和水资源状况变化导致了水资源利用的复杂性。对6类陆地生态系统计算的E/ET比例排序依次为:沙漠>裸土>草地>聚落>农田>森林;在季节变化方面,各生态系统的E/ET比例夏季较小,冬季较大,这主要是植物在夏季生长期蒸腾作用较强所致。
(3)根据四种水分胁迫指数计算结果表明,WS4计算值最大,WS1值最小,各个群落遭受的水分胁迫由大到小依次为:沙漠>裸土>草地>聚落>农田>森林,这与E/ET比例结果相一致。WS空间分布呈现西北、东北较大,东南较小的特征,表现出明显的由干旱带到湿润带递减的变化趋势,且夏季小冬季大。
(4)对WS的影响因素分析表明,四类WS指数与各因素间的相关性基本一致,选取的典型干旱年(1986)和湿润年(1996)的相关性分析得出,WS与其相关性由高到低依次为:归一化植被指数(NDVI)>土壤含水量>短波辐射。
研究结果可为干旱评价、农业灌溉、水资源综合管理等提供参考与决策。
表1 根据不同AET和PET模型构建的四种水分胁迫指数
水分胁迫指数(WS) |
WS1 |
WS2 |
WS3 |
WS4 |
WS公式 |
1-AETMEP/PETP-T |
1-AETTEDAC/PETP-T |
1-AETMEP/PETPen |
1-AETTEDAC/PETPen |
AET模型 |
MEP |
TEDAC |
MEP |
TEDAC |
PET模型 |
Priestley-Taylor |
Priestley-Taylor |
Penman |
Penman |
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