作者：贡嘎山站
蒸散发约占陆地生态系统降雨的2/3，在陆地生态系统水循环中起到极其关键的作用。由于蒸散发过程的复杂性，陆地生态系统蒸散发的观测和模拟一直是水文学科研究的热点和难点。目前，虽然已有很多的模型用于对实际蒸散发的估算，但是这些模型在模拟实际蒸散发时并没有考虑冻土融化过程的能量消耗，进而高估了实际蒸散发。很多研究已经表明非线性互补关系模型能够很有效地模拟实际蒸散发，该方法也已被应用于不同的植被类型和不同的时空尺度。贡嘎山站王根绪研究员团队将冻土融化过程冰相变所消耗的能量加入到非线性互补关系式中。通过对不同空间尺度模拟值与观测值的比较，发现改进后的非线性互补关系式能更准确地模拟青藏高原的实际蒸散发（与原始模拟相比降低了8.88%）。然后，利用改进后的非线性互补关系式对青藏高原实际蒸散发的时空变化进行了模拟。结果表明，在1961-2014年间，青藏高原年均实际蒸散发为294.21 mm/yr，从东南部向西北部呈下降趋势；在暖湿地区主要受辐射影响，而在干冷地区主要受降雨的控制（图1）。在1961-2014年青藏高原的年蒸散发以0.38 mm/yr的速率增长；气温和净辐射是控制年际变化的主要因子。通过比较不同时期实际蒸散发的变化速率，认为冻土区的融化加速了青藏高原蒸散发的增长（图1）。论文发表于Journal of Geophysical Research: Atmospheres（自然指数期刊）。
图1 青藏高原1961-2014年实际蒸散发的（a）多年平均值及（b）变化速率的空间变化；（c）不同区域及（d）不同季节的年际变化
水分利用效率提供了有关陆地生态系统碳水耦合关系的重要信息。明晰青藏高原水分利用效率的时空变异特征和驱动因素可以帮助我们预测青藏高原碳水过程对气候变化的响应。利用通用陆面模型CLM4.5分析了青藏高原水分利用效率的时空变化及其对环境因素（例如大气CO2浓度、气候和土地利用变化）的响应。结果表明，青藏高原的年水分利用效率约为0.38 g C kg-1 H2O，不同植被类型的年水分利用效率存在差异，森林的水分利用效率最高，而高山植被以及高寒草原的水分利用效率较低（图2）。在1979-2010年间，青藏高原的年水分利用效率显著增加（0.001 g C kg-1 H2O yr-1，P<0.01）, 青藏高原上约40%的区域的水分利用效率呈显著增加趋势，而水分利用效率呈显著减少的区域仅占青藏高原面积的7%（图3）。在研究期内，水分利用效率增加的区域主要位于青藏高原的南部地区，而水分利用效率减少的区域则位于青藏高原的西北部地区（图3）。
图2（a）水分利用效率的空间分布特征, （b）1979-2010年水分利用效率趋势的空间分布特征
图3（a） 不同环境因子作用所引起的青藏高原水分利用效率的年际变化，（b）1979-2010年间水分利用效率变化的主导因子
与其他环境因子相比，大气CO2浓度的增加对水分利用效率的增加作用最为明显（0.00051 g C kg-1 H2O yr-1），其对青藏高原水分利用效率年际变化的贡献达到51%。在高原尺度上，大气CO2浓度和降水对水分利用效率有着最显著的正向影响，而增温却使得水分利用效率下降，这与增温对实际蒸散发的增加作用更强有关。对于不同生态系统来说，森林植被的水分利用效率增幅最为显著，其次是灌丛、草甸、沼泽和高山植被；而高寒草原地区的水分利用效率的增幅却不显著。森林植被的水分利用效率主要受控于气温、大气CO2浓度和土地利用变化。大气CO2浓度和气温变化则是灌丛、高寒草甸和沼泽植被的水分利用效率变化的主要影响因子。高山植被的水分利用效率变化的主导因素则是大气CO2浓度和太阳辐射变化。论文发表于Journal of Geophysical Research: Atmospheres（自然指数期刊）。
上述工作获得国家自然科学基金重大研究计划（91547203）、中国科学院战略性先导科技专项（XDA20050102）、国家自然科学基金重大项目（41890821）和中国科学院-青海省人民政府三江源国家公园联合研究专项项目（LHZX-2020-10）等项目资助。
相关论文：
Wang GX, Lin S, Hu ZY*, Lu YQ*, Sun XY, Huang KW. 2020. Improving actual evapotranspiration estimation integrating energy consumption for ice phase change across the Tibetan Plateau. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 125: e2019JD031799.
Lin S, Wang GX*, Hu ZY*, Huang KW, Sun JY, Sun XY. 2020. Spatiotemporal variability and driving factors of Tibetan Plateau water use efficiency. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 125: e2020JD032642.