文章主旨
蒸散发是陆地与大气物质循环和能量循环过程的重要环节，是陆地水循环的关键过程和地表能量平衡的主要分量。在气候持续变暖和下垫面剧烈变化情境下，理清蒸散发变化的机理对评估未来全球可利用水资源量和极端气候事件趋势具有重要意义。本文采用500 m分辨率MODIS数据驱动PML-V2模型，定量解析了2003—2017年植被变化对全球陆面蒸散发的影响。研究结果有助于进一步加强关于下垫面变化对陆地水循环的影响及其可能带来的局部气候变化的认识。
研究数据及方法
1. 数据来源
1.1模型驱动数据
本文采用的气象驱动数据是结合卫星和地面观测数据提供多类型的数据集——全球陆面数据同化系统（Global Land Data Assimilation System, GLDAS）。GLDAS-2.1修正了 短波下行辐射通量和降水在北半球的异常问题并得到广泛应用，时间和空间分辨率分别达0.25°和3 h。GLDAS-2.1数据集中的向下短波辐射、向下长波辐射、风速、气温、相对湿度、水汽压和降水等作为PML-V2模型的气象驱动。CO2浓度数据集使用美国国家海洋与大气管理局 （National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA）发布的数据（ftp: //aftp.cmdl.noaa.gov.products/trends/co2/co2_mm_gl.txt）。
模型计算使用的其他驱动数据还包括 Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer 数据产品中发射率 （Emissivity）、地表反照率 （Albedo）和叶面积指数 （Leaf Area Index, LAI） 等数据。其中 LAI 的分辨率为 500 m 和 4 d （MCD15A3H.006），Emissivity 分辨率为500 m和8 d（MOD11A2.006）下垫面，Albedo分辨率为500 m和1 d（MCD43A3.006）。
本文所用土地利用/覆盖数据集来自于美国国家航空航天局处理后的分辨率为500 m 和1a的数据产品 （MCD2Q1.006）。本 文 选 取 全 球 植 被 分 类 方 案 （International Geosphere-Biosphere Program, IGBP），将土地利用数据重分类成森林、草原、灌丛、农 田、城市、水体和裸土等7种类型以便统计。
1.2 数据预处理
本文采用双线性插值 （Bilinear Interpolation）方法将 0.25°气象数据插值成500m。为减少不利天气因素（云，阴影等）的影响，采用加权Whittaker滤波对LAI进行平滑处理。Albedo和Emissivity的缺失值的填充采用对相邻日期线性插值而来。
1.3 生成数据
本文采用谷歌数据引擎（Google Earth Engine, GEE）来运行水碳耦合模型 PML-V2，生成2003—2017年的全球陆地实际蒸散发和总初级生产力耦合数据集，时间和空间分辨率分别为500m和8d。该数据在全球尺度具有良好的表现：95个全球通量站ET交叉验证的根均方差为0.73 mm/d，偏差为-3%。
2. 研究方法
2.1PML-V2模型
PML-V2模型是在PML的基础上发展起来的，与PML的主要区别是发展了计算冠层导度Gc的新方法，根据气孔导度理论耦合了总初级生产力，利用总初级生产力和大气 CO2浓度估算冠层导度，从而实现了陆地蒸散发与总初级生产力的联合估算。
2.2PML-V2模拟试验
本文利用PML-V2模型，设计如下情景以分离植被变化对蒸散发在2003—2017年间的影响。试验组采用静态的2003年植被类型数据（包括植被类型、叶面积指数、反照率 和发射率）和动态气象驱动数据。对照组采用动态的植被类型数据（包含了土地利用变化和叶面积指数变化信息）和动态的气象驱动数据。因此，植被变化对蒸散发的影响可以用以下公式分离：
∆y= dynamicx- staticx
式中：x为蒸散发、植被蒸腾、土壤蒸发或冠层截留蒸发；dynamicx为对照组的模拟值；staticx为试验组的模拟值。由于对照组与试验组的气象驱动相同，因此∆y是剔除掉气象因素变化后植被变化的单独影响。
重要图表
研究结论
本文采用PML-V2全球陆面蒸散发模型，系统研究了下垫面变化对蒸散发及其主要分量的影响，得出主要结论如下：
下垫面变化主要通过影响植被蒸腾和土壤蒸发，最终影响蒸散发总量。其中，下垫面变化对植被蒸腾的影响最为显著，因此下垫面变化对蒸散发总量的影响与其对植被蒸腾影响在空间上具有较好的一致性。而在下垫面的众多因素中，LAI是影响植被蒸腾变化的主控因子。在LAI增加的区域，如北美洲中北部、欧洲、中国东部、非洲南部和澳大利亚东北部，植被变绿促使植被蒸腾和冠层截留蒸发显著增加。虽然植被变绿导致被土壤吸收的太阳辐射减少、土壤蒸发减小，但是土壤蒸发减小的量级远小于植被蒸腾和 冠层截留蒸发的增量，最终导致LAI增加导致陆面蒸散发增加；与此相反，在LAI减少的区域，如南美亚马逊雨林、俄罗斯中部温带森林、以及非洲中部热带雨林等区域，LAI降低导致植被蒸腾和冠层截留蒸发显著下降下垫面，最终使这些区域的陆面蒸散发降低。
陆面蒸散发对LAI变化的敏感性，在不同区域存在明显差异。在干旱区和湿润区，蒸散发各分量对LAI的敏感性存在显著的差异；植被蒸腾对LAI的敏感性，在干旱区明显强于湿润区。此外，年降水对各蒸散发各分量的影响弱于干燥度指数和水平衡的影响。
小编说
该文章题目为“2003—2017年植被变化对全球陆面蒸散发的影响”，于2021年发表在地理学报期刊。该文对于在全球尺度上，下垫面变化如何影响陆面的蒸散发过程的中心问题进行了充分的思考并展开了研究。其运用了PML-V2模型，在全球尺度上评估了下垫面变化对蒸散发的影响，并探讨了下垫面变化影响在空间上分布差异的原因。该研究结果有助于进一步加强关于下垫面变化对陆地水循环的影响及其可能带来的局部气候变化的认识。
文献引用：张永强, 孔冬冬, 张选泽, 田静, 李聪聪. 2003—2017年植被变化对全球陆面蒸散发的影响[J]. 地理学报, 2021, 76(3): 584-594.
原文链接：
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