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水 利 学 报

2022 年 4 月 SHUILI XUEBAO 第 53 卷 第 4 期

文章编号：0559-9350（2022）04-0433-12

基于多源数据与多模型集成的流域人为蒸散发变异评估

韦 林 ，段 凯 ，刘效东 ，林玉茹 ，陈晓宏 ，王小辣 1
4
1
1，2
3
1
（1. 中山大学 土木工程学院，广东 广州 510275；2. 南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东 珠海 519082；
3. 华南农业大学 林学与风景园林学院，广东 广州 510642；4. 长江水利委员会 长江科学院，湖北 武汉 430010）
摘要：人类活动对流域蒸散发的干扰日益显著，然而实测蒸散发数据稀少，且尺度差异与空间异质性等问题限制
了大尺度陆面模型与遥感产品在人为蒸散发评估中的适用性与可靠性。本文提出了一种基于多源数据与贝叶斯模
型平均的人为蒸散发变异评估框架，并应用于珠江流域。结果表明，通过综合利用地面观测（降水、径流、潜热
通量）、社会统计（水资源开发利用）、卫星遥感（GRACE 卫星）、与陆面模型（Noah、CLSM、VIC、ERA-Interim）
等数据集，并以概率方式集成多个优选模型的模拟结果，可有效提高评估结果的可靠性。2003—2016 年，人类
活动导致珠江流域蒸散发增大 21%（137 mm/a），人为变异的年内最大值与最小值分别出现在 5 月（+38 mm/月）和 7
月（-27 mm/月），月际振荡可能主要受灌溉耗水、水库调蓄等因素影响。
关键词：流域蒸散发；人类活动；多源数据；贝叶斯模型平均；珠江流域
中图分类号：P333.1 文献标志码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210846

1 研究背景

［1］
蒸散发包括地表植被蒸腾、冠层截留、水面和土壤的蒸发，是水文循环和能量平衡的关键要素 。
蒸散发不仅受气候变化的影响，还受水库调蓄、消耗性用水、跨流域调水、土地利用/覆被变化等人
类活动的影响 ［2-4］ 。在人类活动日益加剧的背景下，评估流域或区域尺度上的人为蒸散发变异对水资
源可持续管理至关重要 ［5-6］ 。
然而，蒸散发的实测数据稀少且难以获取，流域蒸散发的估算通常基于对站点/小流域尺度上观测
数据的升尺度分析、流域水文模型模拟、或大尺度遥感数据产品的应用，面临着空间异质性与尺度差
异的难题，仍存在较大不确定性 ［7-8］ 。目前研究人为蒸散发变异的思路主要有两种，一种是在传统水文
模型中加入取水、耗水、灌溉等模块，用于模拟人类活动对蒸散发及其它主要水文过程的影响 ［9-12］ 。由
于缺少人类活动的相关数据以及对其影响机制的认知有限，模型相关参数的区域性显著，一般很难在
全球陆面水文模型中实现参数化 ［13］ ，因此大多数陆面水文模型侧重于模拟自然条件下的蒸散发。第二
种思路是比较模型模拟蒸散发与水量平衡法得到的蒸散发之间的差异，从而衡量人类活动的影响程
度 ［14-15］ 。重力恢复与气候实验（GRACE）卫星观测的陆地水储量变化被广泛用于水量平衡计算 ［16-17］ 。在
较大的空间尺度上，陆面水文模型模拟的天然蒸散发与基于水量平衡法估算的实际蒸散发之间的差
异可被认为是人类活动所引起的蒸散发变化 ［18-19］ 。例如，Castle 等 ［14］ 利用水量平衡与北美陆面数据同化
系统（NLDAS）数据，识别了美国科罗拉多河流域生长季节期间人类活动引起的蒸散发变化；Pan 等 ［15］
比较了水量平衡法与全球陆面数据同化系统（GLDAS）模拟的蒸散发，发现人类活动导致海河流域年

收稿日期：2021-09-14；网络首发时间：2022-03-25
网络首发地址：http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20220324.0947.001.html
基金项目：国家重点研发计划项目（2021YFC3001000，2021YFC3200205）；国家自然科学基金项目（51909285）；广东省“珠江人
才计划”引进创新创业团队（2019ZT08G090）；广州市基础研究计划基础与应用基础研究项目（202102020377）
作者简介：韦林（1998-），硕士生，主要从事水文水资源研究。E-mail：weilin6@mail2.sysu.edu.cn
通讯作者：段凯（1989-），副教授，主要从事水文水资源研究。E-mail：duank6@mail.sysu.edu.cn
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