Page 113 - 水利学报2021年第52卷第2期

4 讨论

4.1 k c和 k s的计算 Choudhury 等 ［17］ 认为在植被中，叶绿素可以吸收红光，叶组织反射近红外光，而

NDVI 体现了光谱中红色与近红外两个相邻波段之间的差异，常用红波段（TM Band 3）减去近红外波
段（TM Band 4），除以两波段的反射之和计算。同时叶绿素作为植被生长的一种生理性消耗分子，其
数量与光合作用速率直接相关，而光合作用通过叶片传导来吸收二氧化碳，并将水分扩散至大气
*
中，故 NDVI 可作为估计光合作用强度和蒸散强度的指标。Groeneveld 等 ［18］ 将 NDVI 转化为 NDVI ，通
过消除非系统性变化，进一步提升了 NDVI 对植被实际蒸散发的模拟效果，因此本研究利用 NDVI 推
*
求植被蒸腾系数 T 代替 k 参与计算。
c
c
土壤含水量与 ET 密切相关，当土壤水分不足时，便会约束植被的实际蒸散发。受技术等因素
0
限制，大尺度区域土壤含水量数据较难获得。早期 k 的精确计算局限于试验数据较多的小区域，或
s
根据不同植被类型查找对应经验值对大尺度区域 k 进行估算 ［32］ 。本研究所用 GLDAS 的土壤含水量
s
数据和 ORNL DAAC 的凋萎含水量及田间持水量数据，能够体现 k 的动态变化和空间分布。
s
4.2 scPDSI、NDVI 及耗水量之间的关系 scPDSI 和 NDVI 的关系虽能揭示干旱对不同植被盖度和
生 长 状 态 的 影 响 ［12］ ， 但 由 于 不 同 类 型 植 被 生 根 习 性 、 木 质 部 结 构 和 气 孔 导 度 不 同 ， 耗 水 规 律 不
同，抗旱能力也具有较大差别，NDVI 的变化无法体现植被对干旱的综合响应。因此在部分地区，
scPDSI 变化趋势与 NDVI 变化趋势不能较好对应 ［12］ 。本研究通过分析 scPDSI 与植被耗水量的关系，
85.4%的格点达到 0.05 显著性水平，能更好的解释干旱对植被及其所处环境的影响。为进一步揭示
气象要素、NDVI 与耗水量的关系，本研究利用 BRT 模型，得出 NDVI 为林地和水田耗水量的主要影
响因子，ET 为草地和旱地的主要影响因子。从热量平衡和湍流扩散原理的角度解释 ［33］ ，旱地、草
0
地 NDVI 较小（低于 0.3），其变化对辐射能量的扰动较小，实际蒸散发的主要影响因子为气象要素决
定的空气动力耗散项，因此 ET 为旱地、草地耗水量的主要贡献项；林地、水田 NDVI 较大（高于
0
0.35），对近红外波段的反射率较低，辐射能量收入受 NDVI 变化影响较大，因此 NDVI 是林地、水
田耗水量的主要贡献项。而相较于 ET ，NDVI 对干旱的响应时间更长，因此林地耗水量对气象变化
0
的响应更加迟缓。
4.3 不同生态地理区的植被耗水特征 本研究所使用的中国生态地理分区主要依据温度、降水及
地形因素进行三级区域划分，能较好的解释植被耗水量的分布特征，例如，东南部汉中盆地ⅣA2
年降水量 600 ~ 800 mm，关中盆地ⅢB4 年降水量 500 ~ 700 mm，是西北地区雨量最充沛的地区，生
长期均温超过 10 ℃，主要植被类型为混交林和阔叶林，蒸发能力强，植被耗水量相应最大；西南
部昆仑山北冀ⅫD2 平均海拔超过 6000 m，主要为分布稀疏的荒漠植被，年降水量 70 ~ 150 mm，年
平均气温 0 ~ 6 ℃，昆仑山高原ⅪD1平均海拔约 5000 m，主要植被类型为高寒荒漠植被，年降水量小于
［14］
100 mm，生长期内月均温为 3 ~ 7 ℃ ，两区的共同特点是可利用水资源量少，蒸发能力弱，植被
耗水量为研究区最小；部分地区如塔里木与吐鲁番盆地ⅢD1 主要植被类型为荒漠灌丛，年均气温
［14］
9.8 ~ 14.1℃，蒸发能力强，但年均降水量少，仅为 7 ~ 70 mm ，可利用水资源量有限，故植被的
实际耗水量较低。从植被耗水的时程变化看，研究区草地分布最广泛，在气候变化的背景下，绝
大部分生态区植被耗水量的增大与暖湿化相关。如，果洛那曲丘状高原ⅪB1 主要植被类型为高山
［14］ ［34］
灌丛和高山草甸，年降水量 400 ~ 700 mm ，2000 年以后，该地温度增幅较大 ，潜在蒸散发增速
为 西 北 地 区 最 大（图 5（c））， 故 植 被 耗 水 增 速 最 大（图 5（b））。 Lin 等 ［35］ 和 Yuan ［36］ 的 研 究 表 明 ， 风
速、蒸气压差是青东祁连山地 HⅡC1、昆仑山北冀 HⅡD2 及柴达木盆地 HⅡD1 潜在蒸散发的主要
影响因子。由于人类活动（植树造林）和自然条件（降水增多）的影响，风速减小、蒸气压差降低，
潜在蒸散发相应减少，但 NDVI 的显著增加，使植被耗水量仍保持增长态势，这与邱丽莎等 ［37］ 的研究
结果一致。

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