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水 利 学 报

２０２２年 １０月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 １０期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）１０ － １２２９ － １１

基于水能分配空间坐标系的流域蒸散变异归因研究

缪贝儿 １，２ ，刘智勇 １，２ ，陈兴荣 １，２ ，蓝 欣 １，２ ，陈晓宏 １，２ ，林凯荣 １，２
（１．中山大学 土木工程学院水资源与环境研究中心，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）

摘要：气候和下垫面变化对流域蒸散发产生显著影响，然而，如何定量分解两者对蒸散发变异的贡献程度，一直
以来是流域水文学研究的重点和难点。本研究基于水量与能量平衡基本原理，建立水量－ 能量分配空间坐标系统，
分离并量化气候及下垫面变化对流域蒸散发的影响。基于优化的水量－ 能量分配框架，对全球 ８３个典型流域的实
际蒸散发变化（ １９００—２００８年）进行归因研究，对比该方法与基于 Ｂｕｄｙｋｏ － Ｆｕ公式的分解法的计算成果，检验该
框架在全球范围大尺度流域的科学性和适用性。结果发现，实际蒸散发的变化，在持水能力低的湿润流域主要受
下垫面因素的驱动，而在持水能力强的湿润流域中主要受气候因素的影响；对于持水能力低的半湿润流域以及干
旱与半干旱流域，其水热状态的变化轨迹主要沿干燥指数线移动，流域内实际蒸散发的变化主要受下垫面因素驱
动。与已有基于 Ｂｕｄｙｋｏ － Ｆｕ公式的分解法计算结果的比较表明，本研究建立的基于水能分配框架的蒸散发归因方
法具有较好的可靠度。此外，相对于传统的 Ｂｕｄｙｋｏ分解法，基于水量－ 能量分配法的水能空间坐标系能直观地分
析气候及下垫面变化分别对流域实际蒸散发的贡献大小、方向及不同时段下流域水能状态的变化轨迹，具有较强
的实用性。
关键词：水能分配空间坐标系；生态水文框架；Ｂｕｄｙｋｏ － Ｆｕ分解法；归因分析；全球流域
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文献标识码：Ａ
中 图 分 类 号 ： Ｐ ４ ２ ６ ． ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０２８４
１ 研究背景

流域蒸散发同时受到气候和流域下垫面特征因素的影响 ［１ － ２］ ，其变化研究及归因分析是水文学研
究的重要内容 ［３］ 。气候变化和人类活动对流域蒸散过程产生了显著影响 ［４ － ６］ 。为了科学认识变化环境
下蒸散发的作用机制、把握未来水文循环与水资源的演变格局，需要结合气候变化、人类系统和水文
学等多学科展开综合研究 ［７ － ９］ 。不同于降水、径流等水文气象变量，蒸散发同时受到水量和能量限制，
该特殊物理性质使其成为流域水热平衡联系的关键纽带 ［１０ － １２］ 。然而，如何定量分解气候和下垫面变化
对流域蒸散水分损失的影响，一直以来是流域水文学研究的重点和难点。
当前，以水量与能量平衡、水 热 耦 合 理 论 为 代 表 的 流 域 蒸 散 发 理 论 及 方 法 已 经 得 到 了 广 泛 应
用 ［１３ － １５］ 。其中 Ｂｕｄｙｋｏ假设认为流域蒸散发主要受制于流域水量及能量供应条件，通过引入流域水热
耦合参数，形成了较系统的研究框架 ［１６ － １８］ 。然而，水热耦合参数的确定与其经验公式的构建存在不确
定性 ［１９ － ２０］ ，由此得到的水文过程分析结果可能存在不足。近年来，由 Ｔｏｍｅｒ等 ［２１］ 提出的生态水文框
架从水量与能量分配的角度分离了气候与下垫面变化对水文过程的影响，为研究气候及下垫面变化与
区域水循环之间的相互作用机制提供了新的视角与思路。然而，目前该框架尚未被广泛应用，未有研

收稿日期：２０２２ － ０４ － １５；网络首发日期：２０２２ － １０ － １２
网络首发地址：ｈｔｔｐ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２１０１１．１３４９．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金项目（５２１７９０３１）；国家重点研发计划项目（２０２１ＹＦＣ３００１０００）；珠江人才计划团队项目（２０１９ＺＴ０８Ｇ０９０）；
广东省自然科学基金项目（ ２０２０Ａ１５１５０１０５５９）
作者简介：缪贝儿（ １９９８ － ），硕士生，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｍｉａｏｂｅｒ＠ｏｕｔｌｏｏｋ．ｃｏｍ
通讯作者：刘智勇（１９８５ － ），副教授，博士生导师，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｌｉｕｚｈｉｙ２５＠ｍａｉｌ．ｓｙｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

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