Page 105 - 水利学报2021年第52卷第2期

水 利 学 报

2021 年 2 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 2 期

文章编号：0559-9350（2021）02-0229-12

西北地区植被耗水量的时空变化规律及其对气象干旱的响应

姜田亮 ，粟晓玲 ，郭盛明 ，吴海江 1
1
1，2
1
（1. 西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100；
2. 西北农林科技大学 旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100）

摘要：准确评估西北地区植被耗水的时空变化规律及其对气象干旱的响应，对该区生态建设具有重要意义，然而
大尺度区域植被耗水的量化存在方法上的挑战。本文提出了基于 Penman-Monteith（PM）公式结合气象、水文、植
被和土地利用遥感数据的大空间尺度植被耗水量的计算方法，采用 Boosted Regression Trees（BRT）模型分析不同类
型植被耗水量的主要贡献因子，利用 Pearson 相关系数分析耗水量与改进帕尔默干旱指数（scPDSI）的最大相关性
和滞时，以此探讨西北地区 9 种植被类型和 17 个生态地理分区的植被耗水量演变规律及其对气象干旱的响应。结
果表明：（1）本文提出的大空间尺度植被耗水量计算方法在西北典型地区与已有研究结果吻合较好；（2）西北地区
耗水量总体表现为东南部多、西北部少，80.2%的格点呈上升趋势，植被生长期内耗水量东南部>西北部>中南部>
西南部，1990—2015 年间，各类植被的面积和耗水总量都呈增加趋势，区域耗水总量增加 876.2 亿 m ，其中耕
3
地、林地、草地耗水分别增加 148.7 亿、108.0 亿和 619.4 亿 m ；（3）潜在蒸散发（ET 0）是旱地和草地耗水量的主要
3
贡献项，归一化植被指数（NDVI）为水田和林地耗水量的主要贡献项；（4）草地耗水量对干旱的敏感度最高，林地
次之，耕地最低，用耗水量代替 NDVI 能更好地表征气象干旱对植被产生的综合影响。研究方法可为较大时空尺
度植被耗水量的计算提供参考，研究结果可为西北地区气象干旱应对策略的制定提供生态维度上的依据。
关键词：植被耗水量；scPDSI；遥感；气象干旱；西北地区
中图分类号：X143 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20200642

1 研究背景

中国西北地区可用水资源时空分布差异较大，是世界上生态系统最脆弱的地区之一，对干旱的
［1］
响应极为敏感 。干旱缺水导致天然植被退化、土地荒漠化，生态环境不断恶化。例如 21 世纪初，
［2］ 2
祁连山林地面积相比 1950 年减少近 50% ；新疆塔里木河两岸胡杨林原有 53 万 hm ；仅剩不到 8.48
2［3］ ［4］
万 hm 。1999 年开始，国家推行退耕还林工程，西北地区植被覆盖率得到一定程度恢复 。然而植
被盖度增加带来了耗水量增大等新的生态水文问题，加剧了区域水资源短缺，长期短缺又反过来影
［5］
响植被生长，产生恶性循环 。植被耗水量是植被活动强弱和生物量大小的综合体现，因此，探明西
北地区植被耗水量的时空分布特点，解析不同植被耗水量的主要影响因素，分析植被耗水量对气象
干旱的响应关系，对西北地区生态建设和可持续发展具有重要意义。
常见的植被耗水量模型包括水平衡、Priestly-Taylor 模型、能量平衡法和植物指数-蒸散经验关系
［6］
模型 。植物指数-蒸散经验关系模型中，FAO 推荐的单作物系数法同时考虑了土壤水分、植被类
［7］
型、气象条件和植被生长阶段 ，应用最为广泛。西北地区地域辽阔，有限的站点数据使该模型难以
推广到较大的空间尺度。不同类型植被（林地、草地、耕地）的盖度和结构不同，对耗水量的贡献度

收稿日期：2020-08-17；网络首发时间：2021-01-13
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210112.1334.005.html
/
基金项目：国家自然科学基金项目（51879222，52079111）
作者简介：姜田亮（1993-），博士生，主要从事生态需水及生态干旱研究。E-mail：jiangtl@nwafu.edu.cn
通讯作者：粟晓玲（1968-），教授，博士生导师，主要从事水文模拟研究。E-mail：xiaolingsu@nwafu.edu.cn
— 229 —