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究将该方法推广至大尺度的流域中，此框架在较大尺度流域的适用性也尚未得到验证。本研究基于已
有的水量与能量平衡基本原理以及由 Ｔｏｍｅｒ等提出的生态水文框架，区别于以往常用的 Ｂｕｄｙｋｏ水热耦
合理论，探究气候变化与下垫面变化对流域蒸散发作用机制的新方法，即水能分配研究框架。聚焦全
球 ８３个典型流域，基于该方法分解并量化气候和下垫面变化对流域蒸散发变异的贡献程度，进而研
究全球范围内流域水热平衡变化，尤其是气候及下垫面变化与区域蒸散耗水之间的相互作用机制。同
时，将该研究框架与基于 Ｂｕｄｙｋｏ框架的分解归因法进行对比，以验证该框架的科学性及适用性，为
该框架的推广使用提供支撑。本研究可为水资源规划与管理、水资源安全保障工作提供参考。

２ 研究方法与数据

２．１ 基于 Ｂｕｄｙｋｏ理论分离气候及下垫面变化对蒸散发的
影响 基于 Ｂｕｄｙｋｏ理论的水文循环变化归因研究已经发
展出全微 分 法、 互 补 法、 分 解 法 等 多 种 方 法 ［３］ 。其 中，
Ｗａｎｇ与 Ｈｅｊａｚｉ提出了一套分离气候变化及人类活动对径
流影响的分解方法 ［２２］ ，如图 １所示。其中，横坐标为气
候条件（Ｅ?Ｐ，即潜在蒸散发与降水的比值），纵坐标为
０
蒸散耗水率 （Ｅ ?Ｐ，即实际蒸散发与降水的比值）；Ａ点
Ｔ
表示流域的气候条件和蒸散耗水率在 Ｂｕｄｙｋｏ空间中的初
始状态，Ｂ点表示变化后的状态，Ｃ点表示仅受气候作用
下的虚拟变化状态。假设由于气候变化和人为干扰，流域
的气候条件和蒸散耗水率将由 Ａ点（Ｅ ?Ｐ，Ｅ ?Ｐ）转移
０ １ １ Ｔ １ １
到 Ｂ点（Ｅ ?Ｐ，Ｅ ?Ｐ）。仅在气候作用下，流域将从 Ａ 图 １ 分解法区分人类活动和气候变化
０ ２ ２ Ｔ ２ ２
沿 Ｂｕｄｙｋｏ曲线移动至 Ｃ点（Ｅ ?Ｐ，Ｅ ?Ｐ）。因此，气候 对径流变化的贡献 ［２２］
０ ２ ２ Ｔ′ ２
２
变化引起了水平方向上横坐标由 Ｅ ?Ｐ迁移至 Ｅ ?Ｐ，垂
０ １ １ ０ ２ ２
直方向上纵坐标由 Ｅ ?Ｐ到 Ｅ ?Ｐ；而人类活动只引起垂直方向的移动，即由 Ｅ ?Ｐ到 Ｅ ?Ｐ。因此，
２
２
Ｔ １ １ Ｔ′ ２ Ｔ′ ２ Ｔ ２ ２
首先计算直接人为干扰对径流量变化的贡献量 Δ Ｑ （忽略土壤蓄水量变化），见式（１）。
Ｈ
Δ Ｑ ＝ Ｅ － Ｅ Ｔ ２ （１）
Ｔ′
Ｈ
２
式中：Ｅ 为变化期（１９５１—２００８年）的平均实际蒸散发，ｍｍ；Ｅ 为 Ｃ点的实际蒸散发，ｍｍ，根据 Ｆｕ
２
Ｔ ２ Ｔ′
公式（即傅抱璞公式） ［１７］ ，可得 Ｅ 计算公式（见式（２））；Ｐ、Ｅ 分别为变化期的平均降水，ｍｍ、潜
２
Ｔ′
２
０ ２
在蒸散发，ｍｍ；ｎ为基准期的下垫面特征参数均值。从总径流变化量中减去人为变化部分，获得气候
１
因素对径流变化的贡献，如式（ ３）所示，其中 Δ Ｑ代表变化期（１９５１—２００８年）与基准期（１９００—１９５０
年）径流均值之差。
１
Ｅ Ｅ ｎ １ ｎ １
０ ２
Ｅ ＝ Ｐ＋ Ｐ ( )( Ｐ ０ ２ ) （２）
－ １ ＋
２
Ｔ′
２
２
２
Δ Ｑ ＝ Δ Ｑ － Δ Ｑ Ｈ （３）
Ｃ
［２２］
根据 Ｗａｎｇ与 Ｈｅｊａｚｉ 的假设，人类活动引起的径流变化可认为是除气候贡献外的部分变化量，
也可认为是下垫面因素贡献的变化量。类似地，可推出下垫面变化（或人类活动）对实际蒸散发 Ｅ 变
Ｔ
化的贡献值 Δ Ｅ Ｔ，Ｌ ［３］ ，如式（４）所示。从实际蒸散发总变化中除去下垫面引起的变化量，从而得到气候
对 Ｅ变化的贡献，见式（５）。
Ｔ
１
Ｅ ０ ２ Ｅ ｎ １ ｎ １
０ ２
－ １ ＋
Δ Ｅ ＝ Ｅ － Ｐ＋ Ｐ ( )( Ｐ ) （４）
Ｔ，Ｌ
２
Ｔ ２
２
Δ Ｅ ＝ Δ Ｅ － Δ Ｅ Ｔ，Ｌ ２ （５）
Ｔ
Ｔ，Ｃ
计算出气候、下垫面对实际蒸散发变化的贡献绝对值 Δ Ｅ 、Δ Ｅ 后，以两种因素引起的蒸散发
Ｔ，Ｃ Ｔ，Ｌ
— １ ２ ０ —
３