地表通量均衡视角下全球陆面蒸散发演变趋势及驱动因子分析
文献类型：学位论文
| 作者 | 王一卓 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 贾绍凤 ; 朱文彬 |
| 关键词 | 陆面蒸散发 蒸发比 地表通量均衡法 特征空间 驱动因子 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 陆面蒸散发（Terrestrial evapotranspiration，ET）是通过土壤蒸发（soil evaporation）和植物蒸腾（plant transpiration）过程释放到大气中的水汽通量的总和。作为陆地表面水文循环的关键组成部分，蒸散发在关联陆地水分、能量和碳循环中发挥着至关重要的作用。在生态系统水热过程和能量分配研究中，蒸发比（Evaporative fraction，EF）作为核心参数，即潜热通量与接收有效能量之间的比例，会随下垫面的植被类型、土壤湿度以及气象状况的变化而发生变动。随着气候变化和人类活动的影响，全球蒸散发的时空演变趋势受到区域气候、能量和下垫面复杂因素的影响。因此，准确描述不同时间尺度和区域尺度的蒸散发变化，对定量分析水文循环对气候变化的响应极为关键。目前大尺度蒸散发估算方法需要大量地表特征数据，计算过程较为复杂，且存在误差累积现象。地表通量均衡法依据地气耦合理念，通过气温、湿度及净辐射数据估算蒸散发，适用于长序列大范围应用。目前，尽管该方法在站点级别上已实现较好准确性，其在大尺度应用效果尚待评估。本文将利用全球通量站点数据、再分析资料和全球遥感蒸散发产品等多源数据资料，在多时间范畴、空间尺度下评价并提升地表通量均衡法陆面蒸散发估算的精度和适用性，探究陆面蒸散发对时空格局的变化特征，并进一步分析全球尺度蒸散发对不同气象驱动因子的响应。主要工作内容和成果如下： （1）基于全球通量观测网络FLUXNET站点数据及ERA5_Land再分析资料，本研究通过在日尺度与月尺度上的分析，评估了地表通量均衡法在估算蒸发比和蒸散发时的准确性。结果表明，日尺度上蒸发比的平方根误差（ ）为0.22，绝对误差（ ）为0.18，相关系数（ ）为0.38，偏差（ ）为-0.01；由蒸散发地表通量均衡法估算值（ ）和基于能量平衡方程计算值（ ），发现 与实测值（ ）偏差更小。此外，在月尺度上，蒸发比和蒸散发的估算值普遍低估，且在极端水热条件下难以精确模拟。由此可见，地表通量均衡法在全球范围内蒸发比估算值 和蒸散发估算值 显现出良好的一致性和可比性，但在模拟极端水热条件下存在一定的局限性，需要进一步的优化和改进。 （2）利用地表温度和太阳天顶角之间的经验余弦函数关系，回归模拟地表温度-植被指数（ − ）特征空间的经验边界，并结合修订型温度植被干旱指数（ ）模型改善地表通量均衡法计算全球陆面蒸发比和蒸散发。通过筛选后的全球91个FLUXNET通量站点数据，验证了该方法在站点尺度上的优化效果。分站点拟合而得的 的 、 、 和 分别为0.02、0.19、0.16和0.52，精度得到大幅提升（ 精度评价分别为0.055、0.22、0.18和0.37），并改善了低值高估和高值低估的问题。此外，在像元尺度，利用随机森林模拟瞬时空气温度、露点温度和CMFD再分析资料优化了中国地区日尺度蒸发比数据。以MERRA2再分析资料数据作为对照，优化后 的 和 分别为0.18和0.15，低于 的0.20和0.17，呈现了良好的空间连续性和精确度。这也表明了无论站点尺度还是像元尺度，根据地表温度与太阳天顶角之间的经验函数关系，结合特征空间模型构建，地表通量均衡视角下陆面蒸发比的优化是可行的。 （3）在站点尺度和全球尺度上比较了 、 与实测蒸发比（ ）和产品蒸发比（ ）多年平均时间变化趋势和空间变化趋势。研究发现在具有不同植被类型的通量站点（例如AU-Stp、US-NR1和ZM-Mon），地表通量均衡法能够准确地反映蒸发比随时间变化趋势。在全球尺度上，虽然 整体小于 ，但两者的时间变化趋势基本一致。空间上， 和 展现了不同的变化特征，尤其是在南北半球的纬度带变化上，突出了不同气候区对蒸发比空间变化的影响。 （4）基于1950年-2022年ERA5_Land再分析资料的气象因子数据和蒸发比估算结果，进行了敏感性和贡献率分析。结果表明，在整体上，蒸发比对空气温度 变化最为敏感，且空气温度 对蒸发比有正向贡献，相对湿度 则有负贡献。这为全球气候变化背景下蒸散发变化驱动机制的深入探讨提供了理论支撑。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 87 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/208087]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王一卓. 地表通量均衡视角下全球陆面蒸散发演变趋势及驱动因子分析[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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