摘要

   对 1999—2021年不同生态系统中的蒸散发研究论文进行了统计分析，总结了每种方法的基本原理、优缺点、适用性和误差来源；对比了不同生态系统类型和不同研究方法的估算精度；简要分析了蒸散发模型法和实测法应用中的参数、系统尺度、方法验证及适用性的不确定性；最后对不同生态系统遥感反演蒸散发拓展方法的发展趋势进行了探讨，并对未来的发展方向提出了建议。

关键词

蒸散发；生态系统；实测法；模型法

1 研究方法

1.1 实测法

1.1.1 蒸渗仪

   蒸渗仪是在完全真实的情况下，对水分的下渗、地表径流、地下径流以及蒸散发进行精准的测定。根据蒸渗仪测定原理的不同分为非称重式和称重式两种。

1.1.2 气孔计法

   气孔计法能够较好地反映出随环境变化植物叶片蒸腾作用的相应变化，但测定的数据与植物叶片的实际蒸发量存在较大偏差，必须进行校正才能用于植物蒸腾强度或耗水量的直接比较。

1.1.3 化学示踪法

氢氧同位素

1.1.4 大孔径闪烁仪

   大孔径闪烁仪（LAS）以闪烁原理为基础，由发射仪和接收仪组成，二者间隔放置。发射仪发射一定波长和直径的波束，经过大气传播，接收仪接收受到光程路径上温度、湿度和气压波动影响的光，并用空气折射率结构参数表示如下：

1.1.5 涡动相关法

   涡度相关法基于大气湍流理论和数据统计分析技术，利用有关物理量的脉动值与垂直风速脉动值的协方差计算近地层潜热通量和感热通量，其公式为：

1.2 模型法

1.2.1 水量平衡法

   基于质量守恒定律的水量平衡法，通过将输入与输出的水量参数联立得到，即：
   P = D + Q + S + AET （5）
   式中，P为降雨量，D为土壤深层渗漏量，Q为地表径流量，S 为植物生长储水量，AET 为大气蒸发量，以上计量单位均为mm。

1.2.2 波文比-能量平衡法

   波文比法利用水面与空气间的乱流交换热量与自由水面蒸发的水气耗热之比，并结合能量平衡公式，求得显热通量（H）和潜热通量（LE）之比，对蒸散发进行估算。

1.2.3 遥感技术

   遥感技术利用传感器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息进行收集、处理和成像在蒸。散发领域，将与地表水热通量密切相关的地表参数信息通过遥感反演的方式获取。

1.2.4 综合法和辐射法

   综合法是在综合辐射、温度、水汽压差、风速等影响因子的基础上提出的测定蒸散发的模型。
   辐射法是指太阳辐射被用来进行驱动蒸散，直接影响地球系统的能量与物质平衡。

2 研究展望

2.1 研究进展

   本研究按照关键词索引的方式对 1999—2021年百度学术科研数据平台上有关蒸散发研究出版物进行了统计分析（图 1），同时对差异性较大的文献进行了人工筛选剔除。结果表明，自 1999 年以来，各生态系统的蒸散发研究都呈增长趋势，直到2017—2021 年增长趋势有所减小，具体表现为高质量论文的增加以及国内期刊论文的减少。

   不同生态系统类型蒸散发研究出版物数量如表 1 所示，1999—2021 年有关蒸散发研究的出版物主要集中在草地、林地以及农田生态系统，荒漠、湿地和城市生态系统蒸散发研究出版物相对较少。

   将 1999—2021 年近 23 年蒸散发出版物按照实测法和模型法进行划分（图 2），其中实测法 1 195篇、模型法 3 783 篇。虽然实测法和模型法的发文量整体都呈先上升后下降趋势，但总体而言蒸散发的研究主要集中在模型法上。

   1999—2021 年蒸散发出版物按照不同研究方法进行划分，由图 3 可知，水量平衡法、能量平衡法、遥感技术和辐射法是较常用的研究方法，其中遥感技术是 20 世纪 60 年代兴起的，可能是未来蒸散发的主要研究方法。

2.2 存在的问题

   1）实测法一是受到人力、物力及财力等影响，面对大区域尺度甚至全球尺度的蒸散量测定无法进行；二是试验仪器精度要求较高，许多试验无法进行；三是试验仪器制作维修以及管理方面存在较大问题。
   2）模型法的模拟验证结果需要用实测法进行检验；水量平衡法仅适用于长期的蒸散发研究，而在面对短期蒸散发研究时并不适用；遥感技术估算精度低等。

2.3 发展方向

   鉴于 200 多年蒸散发的研究发展内容、方向及趋势，实测法中化学示踪法的研究可能存在技术方面的问题导致研究数量较少，但从其他研究领域看，该方法精确度较高，可能是未来的主流研究方法；模型法中遥感模型开发时间较晚，仍有许多技术需要完善。总体来说，模型法在操作水平、大区域估算方面远胜于实测法，未来对全球生态系统蒸散发的研究将仍以模型估算为主。对于蒸散发的研究需要从以下几个方面进行改良。
  1）尺度转换问题
  2）在不同生态系统中测蒸散发时，要综合考虑试验样地环境及气象等多种因素，对不同方法进行比较得到最优的测定方法。
  3）新兴技术的开发与应用仍有待完善，遥感技术能够提供 LAI、植被覆盖度、地表温度等地表特征信息，降低地表通量模拟过程中的不确定性。但在应用上由于研究区地表空间的差异性较大或气候比较复杂存在许多制约因子，需要实测数据进行验证。
  4）试验仪器的测量精度以及观测过程中的试验误差是造成测定结果错误的部分原因。