近日，水土保持研究所刘文兆研究员课题组在Agricultural Water Management（中国科学院1区及TOP期刊）在线发表了题为“Relations of rescaled to non-rescaled complementary models and improvement of evapotranspiration estimation by incorporating both climatic and land surface conditions”的研究论文，中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心为第一单位，博士研究生穆兆涛为第一作者，刘文兆研究员为通讯作者。
地表蒸散的准确估算有助于明确水分平衡与循环特征，做好农业用水管理，推进林草生态建设。近年来，蒸散互补模型因其在量化实际蒸散中的方便性和有效性，受到广泛关注。随着蒸散互补研究的不断深入，在以Priestley‐Taylor潜在蒸散（或平衡蒸散）与Penman潜在蒸散之比构成模型自变量的同时，出现了对这类自变量进行缩放变换而成的新的自变量形式，进而构造出自变量缩放式互补模型。由此把蒸散互补模型分为两类，分别为自变量缩放式和非缩放式互补类型。自变量缩放式互补模型以R. Crago与J. Szilagyi 的工作为代表，其模型有二方面特点，第一，缩放后的自变量等于0时，函数值（实际蒸散与Penman潜在蒸散之比）等于0；第二，每个数据点对应一条模拟线。然而，这两类互补模型的关系是什么？学术界尚未形成统一的认识。
刘文兆课题组的研究发现两类互补模型在功能上可以相互转换，即自变量非缩放式互补模型可以实现缩放模拟，反之自变量缩放式互补模型也可以实现非缩放模拟。就此，在理论分析的基础上，由黄土高原多个流域的长时间序列水文气象数据进行了实例验证。文章对自变量缩放式互补模型中的关键参数xmin定义式进行了评估，发现不仅由定义式计算的xmin与由模型反推出的xmin间存在显著差异，而且不同模型反推出的xmin间也存在显著差异。为了实现互补模型对实际蒸散的最佳模拟，以反推出的xmin为标准并分析其与干燥指数（AI）和植被条件（NDVI）的关系，分别在年际过程和空间分布上建立了xmin经验函数。交叉验证结果表明，xmin经验函数显著提高了实际蒸散的模拟效果。
此前刘文兆课题组联合西北师范大学张勃教授课题组，在Agricultural and Forest Meteorology （中国科学院1区及TOP期刊）发表论文 “Spatiotemporal characteristics of evaporation in China and its response to revegetation in a typical region by a generalized complementary approach”。第一作者为西北师范大学周海香副教授（2021年6月在水土保持所取得博士学位），刘文兆研究员与张勃教授为共同通讯作者。该论文基于美国工程院院士Brutsaert教授于2015年提出的广义非线性平流干旱模型（GNAA）的基础式和后续给出的参数αe-B半经验函数的构建方法，利用全国9大流域片区内的49个Ⅱ-Ⅲ级流域的径流和气象数据，率定了参数αe-B半经验函数的系数，估算了全国地表实际蒸散量，并特别就其中典型植被恢复区——黄土高原进行了深入分析。研究表明参数αe-B半经验函数起到了对GNAA的自变量进行尺度缩放变换的作用，实现了GNAA作为自变量缩放式互补模型使用的效果。研究发现黄土高原地区近四十年来蒸散量上升趋势不显著。本世纪以来，与“退耕还林还草”工程实施相关联，该区域植被覆盖度显著增加，蒸散量也随之增加，但降水量也增加了，且其增加速率稍大于植被恢复所造成的地表耗水的增加速率，黄土高原的产水量并没有减少。该研究对于做好区域水资源管理，坚定“退耕还林还草”工程持续实施的信心，协调推进区域生态建设、农业生产和经济发展具有重要意义。
以上研究得到国家自然科学基金项目（41971049）等的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.agwat.2024.108989
https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109700
编辑：王容娜
终审：韩锁昌
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