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user: 3. 结果与讨论 3.1. 蒸发互补理论站点验证 广义蒸发互补理论的估算蒸发与9个通量站点的日尺度观测数据比较结果如图1所示，站点信息和评价指标见表1。从图1和表1可以看出，蒸发互补理论模拟效果良好。在9个站点之中，观测值与估算值的线性拟合R 2 平均为0.62，最小为0.39，最大0.83，其中有6个站点在0.53以上。其中长白山、海北灌丛、千烟洲站的模拟效果很好，R 2 在0.73以上，且估算值与观测值的回归系数在0.83到1.12之间，估算值十分接近观测值；相对而言，西双版纳、禹城的模拟效果稍差，R 2 分别为0.43、0.39。且所有观测值与估算值的均方根误差值均小于1.62 mm d −1 ，9个站点RMSE均值为1.04 mm d −1 ，分布区间为0.69~1.62 mm d −1 ，估算结果可信。因此，在全球建立的蒸发互补关系在中国区域的通量站点的模拟结果良好，能够用来估算中国区域的日值蒸发量。 Table 1 Basic information and statistics of performance of the flux stations used in this pape 站点 生态系统类型 气候类型 经度 纬度 多年平均气温(℃) 降水量(mm) R 2 RMSE (mm d −1 ) 西双版纳 热带雨林 热带季风气候 21˚55'39'' 101˚15'55'' 21.8 1493 0.43 1.39 长白山 温带针阔混交林 温带大陆性气候 42˚24'9'' 128˚5'45'' 3.6 713 0.73 0.81 鼎湖山 常绿阔叶林 亚热带季风湿润气候 23˚10'24'' 112˚32'3.8'' 20.9 1956 0.53 1.29 当雄 草甸 高原季风气候 30˚29'50.21'' 91˚3'58.90'' 1.3 450 0.70 1.04 海北灌丛 草甸 高原大陆性气候 37˚39'54.6'' 101˚19'52.2'' −1.2 535.2 0.83 0.77 海北沼泽 草甸 高原大陆性气候 37˚36'30.6'' 101˚19'38.4'' −1.2 535.2 0.56 0.95 内蒙古 温带典型草原 温带半干旱草原气候 43˚19'31.8'' 116˚24'14.4'' −5.3 338 0.61 0.69 千烟洲 人工林 亚热带季风气候 26˚44'29.1'' 115˚3'29.2'' 17.9 1542.4 0.81 0.83 禹城 旱作农田 温带半湿润 36˚49'44.4'' 116˚34'12.72'' 13.1 582 0.39 1.62 表1. 本文用于验证的通量站点基本信息及评估指标 进一步分析发现互补理论估算结果偏离观测值的情况与站点通量系统能量平衡不闭合情况相关。经过能量闭合校正后站点观测系统的能量闭合满足程度越好(如长白山、鼎湖山、千烟洲，能量平衡校正拟合R²分别为0.84、0.83、0.0.85)，互补理论的模拟效果越好；反之，观测系统的能量闭合满足程度差(如西双版纳和禹城，能量平衡校正拟合R²分别为0.49、0.68)，互补理论的模拟效果也较差。在能量平衡闭合效果差的站点，净辐射通量与潜热、显热通量之和线性拟合的R²小，数据离散，大量偏离拟合线的观测值无法被有效校正，能量闭合校正取得的效果有限，观测数据的精度不能得到保障。 3.2. 多年平均蒸发的空间分布特征 采用Brutsaert等人 [ 20 ] 建立的广义蒸发互关系，基于中国高精度气象场数据(CMFD)论估算了中国1979~2015年日尺度实际陆面蒸发量(记为E GCR )，多年平均陆面实际蒸发量空间分布如图2所示。互补理论估算结果表明中国1979~2015年多年平均年蒸发量为482.64 mm，在七大分区中，东北、华北、华东、华南、华中、西北、西南分别为449.87 mm、322.64 mm、807.73 mm、1049.92 mm、822.8 mm、246.99 mm、610.08 mm。从图2中可以看出，在空间上，中国年蒸发量自东南向西北递减，蒸发量最低的地区在新疆塔里木盆地(<50 mm a −1 )，蒸发量最大的地区在海南岛(约1300 mm a −1 )。 图3表示了互补理论估算蒸发量与其余六种蒸发产品在中国7大分区的多年平均年蒸发量的比较，图中误差线的上下限分别为均值加、减年蒸发量方差。在中国7大分区中，西北地区年蒸发量最小，不到300 mm a −1 ，而华南地区蒸发量最大，大于1000 mm a −1 。从E GCR 蒸发的方差范围来看，互补理论的估算结果离散程度较小。从图中可以看出，不论是在全国还是在七大分区中，互补理论估算结果的大小处于其他六种产品所确定的区间内，其结果与前人的研究有较好的一致性。 互补理论的估算结果在区域内的分布和区域平均值大小与已有的研究成果相符，LIU等人 [ 12 ] 2016年在文章中报道的中国东部蒸发估算结果在空间上从南向北递减，年均值从南部沿海的1318 mm a −1 减少至黑龙江与内蒙古北部的236 mm a −1 ；李婷婷 [ 31 ] 利用遥感模型对黄淮海地区陆面蒸发进行了反演，其分布与互补理论估算结果分布相近。徐兴奎 [ 32 ] 利用遥感反演参数和气象观测数据计算西北地区蒸发，其空间分布与年值量级互补理论估算结果一致。 图1. 广义蒸发互补关系估算的日蒸发量与通量站点观测值比较散点图。图中六边形的颜色显示在该区域散点的个数 3.3. 蒸发年际波动特征及趋势比较分析 将估算蒸发产品与广泛使用的蒸发产品进行比较，探讨1979~2015年中国蒸发量的年际变化，结果如图4(a)所示。由图4(a)可知，全国范围内，7种产品在2000年前蒸发变化趋势一致，均出现增加趋势，在2000年后，E MERRAa 、E ERA 、E MTE_WB 产品表现出明显地下降趋势，而其余产品依然表现出上升趋势。图4(b)展现了七种产品1982~2011 (共有时段)年蒸发量年际波动的CV值，E GCR 产品在全国的波动为0.034，小于E PML (CV值为0.04)和E MTE_WB (CV值为0.059)。在华北、西北、东北、西南E GCR 产品波动较在全国更为剧烈(0.04~0.10)，而在华东、华中分区波动较小(小于0.03)。与其他产品相比，1979~2015年间，GCR产品在干旱、半湿润地区年蒸发 图2. 基于广义蒸发互补关系估算的中国多年平均(1979~2015年)实际蒸发量空间分布 图3. 广义蒸发互补关系估算的蒸发(E GCR )与其他6种独立估算的蒸发在中国及各分区多年平均实际年蒸发量比较图。误差线代表年蒸发量的标准差 图4. 广义蒸发互补关系估算的蒸发(E GCR )与其他6种独立估算的蒸发的年际波动特征及趋势性比较图 量波动较为剧烈，而在湿润地区的蒸发年际变化较小。图4(c)展示了七种产品1982~2011年间蒸发的年际变化趋势的大小，多数产品(E PML ， E MTE ， E ERA ， E GCR ， E GLEAM )年蒸发量在各区域呈现增加趋势，增加速率与地区和产品有关(0.14~2.46 mm a −1 )。在全国范围内，E PML 、E MTE 、E ERA 、E GCR 、E GLEAM 四种产品呈现增加趋势，其中，1982~2011年，增加速率分别为0.97，0.48，0.24，1.11，0.56 mm a −1 。在整个时段(1979~2015年)里E GCR 的增加速率为1.33 mm a −1 。在七大分区中，华北地区增加最少，增加速率低于0.56 mm a −1 ，华中(0.65~2.11 mm a −1 )、华东(1.46~2.35 mm a −1 )地区增加较多。 图4比较了互补理论计算结果与其他产品的年际变化趋势和波动特征，结果表明GCR估算结果变化趋势与大多数产品一致，但是年际波动在华北、西北、东北地区比其他产品更为剧烈，而在华东、华中地区则表现得更为平稳。互补理论可以合理的估算蒸发的年际变化趋势，但年际波动的大小与地区有关。