黑河流域蒸散发产品验证分析及其变化机制研究文献综述

文献综述

第一章绪论

1.1选题背景和目的

蒸散发（Evapotranspiration，ET）是指水分从地表土壤、植被或水面由液态转为气态的物理过程，并伴随着能量的转化过程。因此，蒸散发不仅是地表水循环的重要组成部分，同时也是地表能量平衡中重要的变量。具体来说，蒸散发主要包括土壤蒸发、植被蒸腾、冠层截留和水面或冰面的蒸发。全球每年约有三分之二的降水蒸散到大气中，同时陆地表面吸收的太阳净辐射有超过一半的能量用于蒸发地表水分（Jasechko et al.，2013）。蒸散发的水文过程在地表水交换和能量平衡中发挥着重要的作用，对全球气候变化、陆地水循环和生态系统有着深远影响（Chahine，1992；Oki Kanae，2006；Pan et al.，2020）。

常规的蒸散发观测技术有：基于通量塔观测的涡度相关技术、蒸渗仪、波文比能量平衡法和大孔径闪烁仪等（赵文智等，2011）。随着观测技术的完善与发展，这些观测技术虽然具有时间分辨率高，记录准确等优点（陈新芳等，2009）。但是这些观测方法仅能观测到几百米到几千米的空间范围，耗费大量的人力物力和财力，并且无法准确反映蒸散发的空间异质性。此外，由于站点或仪器分布稀疏，难以实现大尺度的蒸散发估算（Cleugh et al.，2007；）。为了解决这一难题，众多大尺度蒸散发估算模型应运而生，如机器学习模型（Carter Liang, 2019；）、地表模型（Sun et al.，2017；Zeng Cai，2018）和遥感模型（Mu et al.，2011；Chen Liu，2020）等。

目前的遥感技术虽然尚未实现对地表蒸散发的直接观测，但是能够获取大范围连续的地表和大气参数，进而通过遥感模型以较低的成本和较短的时间生产出具有较高时空分辨率的蒸散发产品（Tang et al.，2010；Zhang et al.，2016）。在过去的几十年中，一些区域和全球尺度的蒸散发产品已经被开发出来，但是这些产品使用之前，需要对其进行验证分析及其变化机制研究，以验证蒸散发产品的可靠性。目前已有众多研究在不同区域尺度和时间尺度下，对不同蒸散发模型和产品进行了对比和评估。但是这种评价仅是模型之间的相互对比，没有引入观测值进行精度评定。并且在以往的研究中大多都是针对黄河流域、长江流域的蒸散发产品进行验证分析。而黑河流域作为我国西北地区第二大内陆流域，灌溉着西北地区25万平方千米的土地，对于西北干旱区的生态环境、农业生产与气候变化有着重要影响作用。因此本研究主要采用黑河的涡动相关通量站，对上述基于遥感或气象再分析的蒸散发网格产品进行验证，并在此基础上，分析蒸散发变化的内在原因。

1.2选题意义

水资源的空间分布在很大程度上影响着地球生态系统和人类文明。蒸散发(ET)是地表水循环中仅次于降水量的第二大因素，是水资源可用性的一个指标。在干旱区，小区域蒸散发量甚至远大于降水量，如黑河中游农田区域，这就需要大量的水用于灌溉，这影响着全流域的水分平衡。因此，准确估算蒸散发对了解水文循环和改善水资源管理具有重要意义。

1.3国内外研究现状

目前已有众多研究在不同区域尺度和时间尺度下，对不同蒸散发模型和产品进行了对比和评估。Zong等人（2019）利用统计方法探讨了黄土高原生态恢复期间气候和植被覆盖变化后实际蒸散量的变化。Yin等人（2020）计算了基于SSEBoP模型的黄河流域的蒸散发，并且还将黄河流域与8种粗分辨率ET产品进行了比较。Khan等人（2018）使用涡度相关数据集和改进的三重搭配（Triple Collocation，TC）方法评估了三个独立的蒸散发产品数据集的准确性。Bai和Liu（2018）对比和评估了三种全球高分辨率的蒸散发产品在中国的适用性，并分析了不同产品近三十年的蒸散发趋势。Xu等人（2019）结合15个AmeriFlux 站点的观测值、水平衡方法和 Three-cornered hat，评估了美国12种多源蒸散发数据集，具体包括机器学习模型、地表模型和遥感模型。Pan等人（2020）比较了18种蒸散发数据集在全球的时空变化，认为不同蒸散发产品仍然存在很大的不确定性，尤其是热带和干旱地区。但是这种评价仅是模型之间的相互对比，没有引入观测值进行精度评定。