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面对严峻的水资源危机和全球气候变化,如何科学地管理和评估水资源已成为当今影响人类社会可持续生存和发展的重大科学命题。科学的水资源管理首先需要全面认识水分循环过程。蒸散(evapotranspiration,ET)作为陆地水循环的关键环节和重要组分,对陆地生态系统的可利用水资源量具有重要的指示作用。因此,深入研究陆地生态系统实际蒸散量的空间格局及其形成机制不仅有助于全面认识陆地水循环过程,而且对于气候变化背景下的陆地水资源的科学管理和评估具有重要意义。 本研究以中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的通量观测数据为基础,同时收集和整理中国及全球其他区域陆地生态系统的年实际蒸散量(annual actual evapotranspiration,AET)观测数据,首先评估了五种全球蒸散产品对中国陆地生态系统AET评价的不确定性,并在利用通量观测数据对16种常用的潜在蒸散量(PET)模型进行综合评估的基础上,结合气候、植被和土壤数据资料,系统阐述了中国和全球陆地生态系统AET的空间变异特征及其影响因素,从而探讨了陆地生态系统AET空间格局的形成机制。主要的结果如下: (1)本研究选取的五种全球蒸散产品虽然均可以较好地模拟中国区域AET的空间变化趋势,但对各站点的AET普遍存在较大的估算偏差,估算的平均AET值均小于涡度相关法获得的平均AET值。五种全球蒸散产品对中国不同区域AET的评估结果也存在较大差异,其中在热带亚热带气候区和青藏高原南部差异最大。 (2)不同PET模型在同一生态系统模拟的潜在蒸散量的数值大小和变化趋势均存在较大差异。在16种PET模型中,Priestly-Taylor模型不仅在八个站点均可以给出合理的模拟值(模拟值不小于实际蒸散量观测值),而且所需气象变量较少。因此,本研究以Priestly-Taylor模型作为区域尺度估算PET的基准模型,并应用于后文关于陆地生态系统AET的空间格局分析中。 (3)中国陆地生态系统的AET在不同植被类型和气候类型生态系统之间差异显著,表现为森林和湿地生态系统的AET显著高于农田和草地生态系统的AET,在不同气候区间呈现出从热带向亚热带、温带和高寒气候带逐渐降低的变化趋势,平均AET值为534.7±232.8mmyr-1。AET与年均降雨量(MAP)的比值(AET/MAP)在不同气候区间也差异显著,但不同植被类型生态系统间的AET/MAP无显著差异,非灌溉生态系统的平均AET/MAP为0.82±0.28。 (4)中国陆地生态系统AET的空间格局与气候和植被格局紧密相关,表现为显著的随纬度升高而线性降低的变化趋势。AET在空间格局上与年总净辐射(Rn)、MAP、年均气温(MAT)、年均饱和水汽压差(VPD)和年均相对湿度(RH)呈显著的线性正相关关系,与年均叶面积指数(LAI)呈显著的对数函数关系。Rn、MAP和MAT是AET空间格局的主要决定因子,三者可以解释中国陆地生态系统AET空间格局约84%的变异。 (5)在全球尺度,陆地生态系统AET的空间格局与主要气候、植被和土壤因素的空间格局存在复杂的关联性,不仅与PET、MAP、MAT等气候因素和LAI的空间格局显著相关,还与土壤粘粒含量、土壤粉粒含量、土壤容重和土壤有机碳含量的空间变异紧密关联,但与年均最大叶面积指数(LAImax)和土壤砂粒含量的空间格局无显著关系。AET的空间格局还受到降雨事件特征的影响,平均降雨强度、大降雨事件(>10mmday-1)次数和强降雨事件(>25mmday-1)次数对AET空间格局的贡献与MAP的贡献相当,但小降雨事件(>1mmday-1)次数和降雨季节分配的差异与AET空间格局的相关性并不明显。PET和MAP是全球陆地生态系统空间格局的控制因子,且PET的贡献大于MAP,二者共同决定了陆地生态系统AET约55%的空间变异,土壤粘粒含量和LAI对AET空间格局的直接作用仅次于PET和MAP。因此,气候、植被和土壤属性通过彼此在空间格局上的紧密偶联关系共同地控制着陆地生态系统AET的空间格局,并以气候格局的作用为主。