■感应用 遥感信息 吉林省西部区域蒸散时空变化分析 王黎明①，周云轩⑦，王钦军① （①中国科学院对地观测与数字地球科学中心，北京１００１０１； ②华东师范大学河Ｅｌ海岸学国家重点实验室，上海２０００６２） 摘要：基于地表能量平衡理论，利用ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ数据，采用ＳＥＢＳ模型，计算了研究区１５年地表蒸散 量，从年、季度和月等三个时间尺度对其进行时空变化分析。结果显示：（１）各年平均蒸散量相差较大，最大的是 １９８８年，最小的是１９９６年；月平均蒸散量最大值出现在５月，最小值出现在１２月，形成一单峰型曲线；第二季度 平均蒸散量最大，第四季度最小，其分布曲线也为单峰型。（２）多年平均蒸散量的空间分布东半部明显大于西半 部，最大的是扶余县，最小的是通榆县；各市县的月平均蒸散量分布仍为单峰型曲线，在５月达到最大值，１２月最 小，与全区的月平均蒸散量分布曲线一致；各市县第一季度和第四季度平均蒸散量相差不大，第二和第三季度相 差较大，但总体分布趋势与全区一致，仍为单峰型曲线。以上结果表明：研究区区域蒸散时空分布极不均匀，强烈 的蒸散作用为研究区生态环境恶化提供了有利条件。 关键词：区域蒸散；生态环境；地表能量平衡；吉林省西部；Ｎ０ＡＡ／ＡＶＨＲＲ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—３１７７．２０１０．０２．０２０ 中图分类号：ＴＰ７９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—３１７７（２０１０）１０８—０１０３—０６ １ 引 言 地表蒸散不仅是地表水分平衡的组成部分，也 是地表能量平衡的重要组成部分，涉及土壤、植被和 大气等与大气和气候密切相关的多种复杂过程，更 是改进全球大气环流模式的关键所在。地面热量、 水分收支状况很大程度上决定着天气、气候的变化， 进而决定着地理环境的形成与演变＿１卅］。蒸散量的 大小不仅受区域自然气候条件、自然地理条件、下垫 化。又由于地面是大气的主要加热源，地面热状况的 变化必将导致大气原来热量分布平衡及气压分布的 破坏 ｊ。另一方面，盐随水来，盐随水走。地下水动 态变化，必然引起土壤盐分的运移。在地下水蒸发过 程中，由于水分向上移动，必然使得土壤盐分上移。 在地下水矿化度一定的条件下，地下水蒸发量的大小 决定了土壤累积盐分的多少，土壤盐分积累到一定程 度的时候，土地就出现盐碱化现象［５］。准确测定和估 算蒸散量不仅对研究全球气候演变、生态环境问题 以及水资源评价与管理等有着重要意义，同时也对 指导农业的排水与灌溉、监测农业旱情、提高农业水 面性质等因素影响，还与植被覆盖度、作物种类、土 壤含水量、地下水埋深等因素有关口］。区域蒸散在 时间上和空间上都是高度变化的，在空间上的变化 资源利用率等具有举足轻重的作用［６］。 吉林省西部地处中国东北松嫩平原西端，属生 态环境脆弱的农牧交错带，土地沙化、盐碱化和草地 退化等生态环境恶化问题十分突出，严重制约了当 地农牧业的发展，直接影响到当地经济的振兴［７叫］。 是由于降水、土壤水文参数以及植被类型和密度具 有很强的空间变异性；在时间上的变化则是由于气 候在不同时期是不断变化的。区域蒸散非均匀时空 分布必然促使生态环境发生变化，一方面，它引起土 地利用变化，从而使土地覆被发生变化，土地覆被的 为了探寻研究区生态环境变化与区域蒸散之间的内 在联系，摸清研究区区域蒸散时空变化规律，从水分 变化会引起下垫面性质包括地表反照率、粗糙度、植 被叶面积指数和地表植被覆盖度发生明显的改变。 平衡的角度来揭示生态环境变化驱动力和退化机 理Ｌ１ ，本文基于地表能量平衡理论，采用地表能量 反照率的变化造成了地区地面对太阳辐射吸收的变 收稿日期：２００９—０４～０３ 修订日期：２００９—０５—２２ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（４Ｏ７Ｏ１１０７）。 作者简介：王黎明（１９７６￣），男，主要从事遥感图像大气与地形校正，地表参数反演及城市生态环境研究。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｍｗａｎｇ＠ｃｅｏｄｅ．ａｃ．Ｅｌｌ １０３ 叠感应用 遥感信息 由于潜热通量和显热通量在一天中的不同时刻 波动较大，因此它们只适用于计算瞬时蒸散量，而蒸 散比在一天中却相对稳定，即瞬时蒸散比等于全天 任意时刻蒸散比，因此Ｆｔ蒸散量可表示为： ｎ ，１ 一２４×６０×６０×Ａ× — ×１０００ Ａ’ 一８．６４ Ｘ １０７×Ａ×ｌ，￣ｎ（ｊ： —＿（８） 。 因为白天向下的土壤辐射通量与夜晚向上的土 壤辐射通量基本相等，相互抵消，因此土壤日辐射通 量大约为零，可以忽略不计，于是日蒸散量仅取决于 日净辐射通量Ｒ ，即： Ｅ出 一８．６４×１０ ×Ａ×－ （９） Ａ‘ 日净辐射通量可表示为： Ｒ 一（１一ａ）・Ｋ ＋Ｌ２ （１０） 式中Ｋ 是日入射总辐射，Ｌ 是日长波净辐射通量。 在获得日蒸散量的基础上，将日蒸散量累加便 得到月蒸散量（个别日期的数据由于云影响严重，采 用本月其他有效数据的平均蒸散量），最后把１２个 月的蒸散量累加得到年蒸散量。 ３．２ 统计方法 利用地表能量平衡系统（ＳＥＢＳ），本文计算了从 １９８６年至２００３年共１５年（由于数据质量原因，缺 失１９８９年、１９９０年和２００２年数据）的吉林省西部 地区的地表蒸散，采用ＥＮＶＩ遥感图像处理软件的 统计功能，结合研究区行政区划数据，分别从时间和 空间尺度上对其变化进行统计分析。 ４吉林省西部区域蒸散时空变化分析 ４．１ 区域蒸散在时间上的变化 ４．１．１年蒸散量统计分析 研究区年蒸散量在时间上分布极不均匀。由图 ２可以看出，研究区年平均蒸散量最大的是１９８８ 年，为２２２８．３ｍｍ，其次为１９９１年和２００３年，分别 为２０４０．３ｍｍ和１８７０ｍｍ，最小的是１９９６年，为 １１６６．２ｍｍ。从１９９２年到２００１年年平均蒸散量相 差不大，介于１１６６．２ｍｍ至１４８５．１ｍｍ之间，最大 相差３００ｍｍ左右。年蒸散量的最大值和最小值与 年平均蒸散量并不完全对应，即有的年份年蒸散量 最小值较小，但它的年平均蒸散量并非最小，如 １９９９年的年蒸散量最小值为８８１ｍｍ，是所有年份 中最小的但它的年平均蒸散量并非最小；而有的年 份年蒸散量最大值较大，但它的年平均蒸散量反而 比较小。同时，每年的均方差都较大，绝大多数在 １００以上，只有２００１年为４Ｏ，这充分说明了吉林省 西部地区地表的非均匀性，以及地表蒸散受各种因 素影响造成的差异性。 图２各年蒸散量分布统计图 ４．１．２月平均蒸散量统计分析 通过把多年蒸散量进行逐月平均，得到月平均 蒸散量。从图３可以看出，月平均蒸散量最大值出 现在５月份，达到了２２２．９ｍｍ，最小值出现在１２月 份，为３７ｍｍ，其余月份平均蒸散量介于两者之间， 形成一单峰型曲线。原因分析：由于１、２、ｌ１、１２月 份研究区气温低，地表被冰雪覆盖，不利于陆面蒸 散，故这几个月的蒸散量较低；３、４月处于气温缓慢 回升，冰雪融化期，故蒸散量开始升高；６、７、８月份 虽然气温达到最大值，但是此期间正值主汛期，降雨 量大，气候湿润，所以这段时间并不是最有利于蒸散 的时间；而在５月份，研究区正从冬（春）季向夏季过 度，气温回升较快，日照充足，风力大，空气相对湿度 较小，提供了有利于陆面蒸散的充分条件，故５月份 蒸散量达到最大值；９、１０月份气温缓慢降低，又朝 不利于蒸散的条件变化，故此阶段的蒸散量回落。 图３月平均蒸散量分布图 从每月的均方差值可以看出，１、２、¨、１２月份 均方差较小，说明此期间每月的蒸散值相对稳定，波 动性小，正好印证了研究区冬季冰雪覆盖，地表类型 １０５ 叠感癯用 １４９ｍｍ。９月份全区各县市平均蒸散量从１３０ｍｍ 到１５０ｍｍ之间，通榆县蒸散量最小，为１２８．１ｍｍ， 松原市、镇赉县、前郭县和扶余县平均蒸散量较大， 在１４０ｍｍ以上，其他地区的平均蒸散量在１３５ｍｍ 遥感信息 场退化等生态环境问题，我们试图从地表水分蒸散 角度寻求恢复和重建研究区生态环境的正确方法。 通过对研究区１５年的地表蒸散量时空分布定量分 析，我们得出以下结论： 至１４０ｍｍ之间。１Ｏ月份各县市平均蒸散量在 ｌＯＯｍｍ左右，扶余县最大。为１１８．９ｍｍ，其次为松 原市、前郭县和镇赉县，分别为１１８．１ｍｍ、１１３．２ｍｍ 和１１２．２ｍｍ，最小值出现在洮南县，为９５．７ｍｍ。 １１月份各县市平均蒸散量在５０ｍｍ左右，各县市相 差不多，最大的大安县平均蒸散量为５７．８ｍｍ，最小 的白城市和洮南县平均蒸散量为４９．３ｍｍ。１２月份 各县市平均蒸散量只有３５ｍｍ左右，相差也不大，最 大的乾安县和最小的白城市相差只有４．９ｍｍ。 图８各市县四季平均蒸散量分布图 （１）研究区各年平均蒸散量相差较大，最大的是 １９８８年，为２２２８．３ｍｍ，最小的是１９９６年，为１１６６．２ｍｍ。 充分说明了研究区各年气候条件差异较大。 （２）月平均蒸散量最大值出现在５月份，达到了 ２２２．９ｍｍ，最小值出现在１２月份，为３７ｍｍ，形成一单 峰型曲线。按季度划分，第二季度平均蒸散量最大， 为１９４．４ｍｍ，第四季度蒸散量最小，为６５．４ｍｍ，其分 图７各市县月平均蒸散量分布图 布曲线和月平均蒸散量分布曲线基本一致，也为单峰 ４．２．３四季平均蒸散量空间分布 为了更好地摸清研究区蒸散量空间分布情况，按 季度对研究区各市县的蒸散量分布情况进行了统计 分析。从图８可以看出，第一季度和第四季度各市县 型曲线。月和季度平均蒸散量分布曲线都印证了不 同季节气候条件和地表覆盖类型的变化情况。 （３）研究区多年平均蒸散量的空间分布东半部 明显大于西半部。多年平均蒸散量最大的为扶余 县，其值达１６０７．７ｍｍ；最小的为通榆县，其值为 １４０６．４ｍｍ。这与研究区各市县自然地理条件和气 候条件密切相关。 平均蒸散量相差不大，波动性很小，分布曲线比较平 坦，说明此阶段研究区地表类型单一，或者是冰雪覆 盖，或者是裸露地表，寸草不生，因此在气候条件相近 的条件下，其平均蒸散量相差不大。第二季度和第三 季度各县市平均蒸散量相差较大，分布曲线波动性较 （４）研究区各县市的月平均蒸散量分布曲线仍 为单峰型曲线，在５月份达到最大值，１２月份最小， 与全区的月平均蒸散量分布情况基本一致。各市县 第一季度和第四季度平均蒸散量相差不大，第二和 大，第二季度平均蒸散量最大的扶余县与最小的通榆 县相差近３Ｏ毫米，洮南县和乾安县的第二季度平均 蒸散量也不高，分别为１８４．７ｍｍ和１８６．３ｍｍ，其他地 区平均蒸散量均在２００ｍｍ上下浮动；第三季度平均 第三季度相差较大，但总体分布趋势与全区一致，仍 为单峰型曲线。这进一步佐证了地表蒸散量在时间 上分布的合理性。 强烈的地表蒸散作用加速了研究区土地沙漠 化、盐碱化和草场退化［２ 。有效地利用太阳能和风 蒸散量最大的松原市和扶余县与最小的通榆县相差 ２３ｍｍ，第二大的前郭县其值达到１７０．３ｍｍ，其他地 区的第三季度平均蒸散量在１６０ｍｍ上下浮动。 ５ 结束语 针对吉林省西部地区土地沙漠化、盐碱化和草 能及多种植物蒸腾系数小、耐碱的Ｃ４植物是减少 研究区地表蒸散的有效措施，对抑制研究区生态环 境退化具有积极作用。 参考文献 １马耀明，王介民．非均匀陆面上区域蒸发（散）研究概况ＥＪ３．高原气象，１９９７，１６（４）：４４６￣４５２． ２陈云浩，李晓兵，史培军．非均匀陆面条件下区域蒸散量计算的遥感模型［Ｊ］．气象学报，２００２，６０（４）：５０８￣５１２． １０７ 遥感信息 叠感应用 ２Ｏ１Ｏ．２ 李金柱．区域蒸散发影响因素综合分析［Ｊ］．山西水利，２００３（３）：２３￣２４． 孙岚，吴国雄．陆面蒸散对气候变化的影响［Ｊ］．中国科学（Ｄ辑），２００１，３１（１）：５９￣６９． 张殿发，王世杰．土地盐碱化过程中的冻融作用机制一以吉林西部平原为例［Ｊ］．水土保持通报，２０００，２０（６）：１４￣１７． 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ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉ０ｎ，ａｎｄ ｔｏ ｒｅｖｅｒｅｌ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｂａｌａｎｃｅ，ｗｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｎｄ ｅｖａｐ０ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｓｔｅｒｎ Ｊｉｉｆｎ ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｆｒｏｍ １９８６ ｔｏ ２００３ ｙｅａｒ ｅｘｃｅｐｔ １９８９，１９９０ ａｎｄ ２００２ ｗｉｔｈ ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ ｄａｔａ ｕｓｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｎｅｒ－ ｇＹ ｂａｌａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｔ ｔｈｒｅｅ ｔｉｍｅ ｓｃａｌｅｓ，ｉ．ｅ．，ｙｅａｒ，ｑｕａｒｔｅｒ ａｎｄ ｍｏｎｔｈ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ：（１）Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ａｎｎｕａｌ ａｖｅｒａｇｅ ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ（ＡＡＥ）ｉｓ ｌａｒｇｅ． Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ＡＡＥ ｉｓ ｉｎ １９８８，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｉｓ ｉｎ １９９６．Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｍｏｎｔｈｌｙ ａｖｅｒａｇｅ ｅｖａｐ０ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ（ＭＡＥ）ｉｓ ｉｎ Ｍａｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｉｓ ｉｎ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ．Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ＭＡＥ ｆｏｒｍｓ ａ ｃｕｒｖｅ ｔｈａｔ ｈａｓ ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｐｅａｋ．Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｅｖａｐｏｔｒａｎｓ— ｐｉｒａｔｉｏｎ（ＡＥ）ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｑｕａｒｔｅｒ ｒｅａｃｈｅｓ ｍａｘｉｍｕｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｕｒｔｈ ｑｕａｒｔｅｒ ＡＥ ｉｓ ｍｉｎｉｍｕｍ．Ｉｔｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｉｓ ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｓ ｔｈａｔ ｏｆ ＭＡＥ．（２）Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｙｅａｒ ＡＥ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｓｔ ｐａｒｔ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｓｔｅｒｎ ｐａｒｔ，．Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｙｅａｒ ＡＥ ｏｆ Ｆｕｙｕ Ｃｏｕｎｔｙ ｈａｓ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｖａｌｕｅ．Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｙｅａｒ ＡＥ ｏｆ Ｔｏｎｇｙｕ Ｃｏｕｎｔｙ ｉｓ ｍｉｎｉｍｕｍ．Ｔｈｅ ＭＡＥ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｃｏｕｎｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｈａｓ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｈａｐｅ ｔｈａｔ ｈａｓ ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｐｅａｋ．．Ｉｔ ｒｅａｃｈｅｓ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｉｎ Ｍａｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｉｎ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ．．Ｉｔｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｉＳ ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｓ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ａｒｅａ．Ｔ＂ｈｅ ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｑｕａｒｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｕｒｔｈ ｑｕａｒｔｅｒ ａｖｅｒａｇｅ ｅｖａｐ０ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｃｏｕｎｔｙ ｉｓ ｓｍａｌｌ，ｂｕｔ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｑｕａｒｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｑｕａｒｔｅｒ ｉｓ ｌａｒｇｅ，． Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｃｏｕｎｔｙ ｉｓ ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｓ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ａｒｅａ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｐｅａｋ．．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｅａ ｉｓ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇ ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａｄｖａｎ— ｔａｇｅｏｕｓ ｃｏｎｄｉｉｏｎｓ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｔｉｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｇｉｏｎａｌ ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｌａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｎｅｒｇｙ ｂａｌｎｃｅ；ａｔｈｅ ｗｅｓｔ ｏｆ Ｎｉｎ ｐｒｏｖｉｎｃｅ；ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ １０８