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地理研究  2017 , 36 (7): 1245-1256 https://doi.org/10.11821/dlyj201707005

Orginal Article

基于MODIS数据的新疆地表蒸散量时空分布及变化趋势分析

阿迪来·乌甫, 玉素甫江·如素力, 热伊莱·卡得尔, 姜红

新疆师范大学地理科学与旅游学院,流域信息集成与生态安全实验室,新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室,乌鲁木齐 830054

Spatio-temporal distribution and evolution trend of evapotranspiration in Xinjiang based on MOD16 data

ADILAI Wufu, YUSUFUJIANG Rusuli, REYILAI Kadeer, JIANG Hong

Institute of Geographical Science and Tourism, Laboratory of Information Integration and Eco-Security,Xinjiang Normal University, Xinjiang Key Laboratory of Lake Environment and Resource in Arid Zone, Urumqi 830054, China

通讯作者:  通讯作者：玉素甫江·如素力（1975- ）,男,新疆喀什人,博士,教授,主要从事流域水文与生态系统、3S技术及其应用。E-mail: Yusupjan@xjnu.edu.cn

收稿日期: 2017-01-4

修回日期:  2017-05-6

网络出版日期:  --

版权声明:  2017 《地理研究》编辑部 《地理研究》编辑部

基金资助:  新疆研究生科研创新项目（XJGRI2016101）自治区青年科技创新人才培养工程项目（QN2015YX009）国家自然科学基金项目（41161007,41461006）新疆维吾尔自治区重点实验室专项资金资助项目（2014KL016）

作者简介:

作者简介：阿迪来·乌甫（1992- ）,女,新疆库车人,硕士,主要从事资源环境遥感。E-mail: Adilagupur@126.com

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摘要

结合MOD16蒸散产品和气象站实测数据,分析2000-2014年新疆地表ET与PET的时空分布特征及其变化趋势,进一步揭示ET与PET之间的关系。结果表明：① MOD16-ET产品在新疆地区的精度（R2=0.83）总体上满足要求,可用于地表ET的时空分布特征研究;② 新疆多年平均ET与PET分别为364.29 mm和1584.06 mm;年内分布处于先增大后减少的单峰型变化趋势,夏季ET与PET差距最大,此时研究区最干旱、缺水;③ 新疆年平均ET与年平均PET的空间分布体现出北疆大于南疆、西部大于东部的分布特征,但年平均ET与年平均PET的空间分布状况正好相反。阿尔泰山一带、伊犁河谷西部以及天山西段水分充足,准噶尔盆地南部和北部、东疆、南疆塔里木盆地外缘干旱缺水;④ 2000-2014年,新疆ET总体上处于减少趋势,PET处于增加趋势,说明新疆近15年内干旱加重。

关键词： MOD16产品 ; 地表 ET、PET ; 时空分布 ; 变化趋势 ; 新疆

Abstract

Evapotranspiration (ET) plays an important role in the hydrological process as it is a major part in the ecological water balance. The surface ET can substantially influence on a regional scale the amount and spatial distribution of water resources. In arid lands like Xinjiang Uygur Autonomous Region located in Northwest China, ET is the main loss variable in water budget. It varies with land surface and local meteorological conditions. Quantitative estimation of spatio-temporal distribution and evolution of surface ET is essential for understanding the hydrological cycle and water resources management. Based on the measured data from MOD16 evapotranspiration product and meteorological stations, the spatio-temporal distribution and the evolution trend of land surface ET and potential evapotranspiration (PET) in Xinjiang during 2000-2014 were analyzed to further reveal the relationship between ET and PET. Results showed that: (1) the accuracy of the MOD16-ET (R2=0.83) in Xinjiang can meet the requirements, and can be used to examine the spatio-temporal distribution of surface ET; (2) the mean annual ET and PET were 364.29 mm and 1584.06 mm, respectively; the annual distribution was a unimodal pattern with an increase first then a decrease, the difference between ET and PET was the largest in summer, when there was a water shortage in the study area; (3) the mean ET and PET in northern Xinjiang are bigger than in southern Xinjiang, and that they are bigger in the west than in the east. The spatial distribution of PET was opposite to that of ET. The Altai Mountains, west shore of the Ili River Valley and western Tianshan Mountains had sufficient water supply, while the north and south of the Junggar Basin, the outer margin of eastern and western Xinjiang suffered from drought and water shortage; (4) during 2000-2014, ET was in a decreasing trend, and PET was in an increasing trend, which suggested that the drought was aggravated in Xinjiang in the past 15 years.

Keywords： MOD16 ; surface ET & ; surface PET ; spatio-temporal distribution ; evolution trend ; Xinjiang

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阿迪来·乌甫, 玉素甫江·如素力, 热伊莱·卡得尔, 姜红. 基于MODIS数据的新疆地表蒸散量时空分布及变化趋势分析[J]. 地理研究, 2017, 36(7): 1245-1256 https://doi.org/10.11821/dlyj201707005

ADILAI Wufu, YUSUFUJIANG Rusuli, REYILAI Kadeer, JIANG Hong. Spatio-temporal distribution and evolution trend of evapotranspiration in Xinjiang based on MOD16 data[J]. Geographical Research, 2017, 36(7): 1245-1256 https://doi.org/10.11821/dlyj201707005

1 引言

随着全球气候的变暖,全球水资源的调配状况逐年发生变化,对生态环境和社会经济带来重大影响[1]。蒸散（evapotranspiration,ET）是评价地表热量和水分平衡的主要指标之一,气候和自然生态系统的关键环节,其在陆地水循环、气候和环境演变中发挥重大作用。蒸散研究包括实际蒸散（actual evapotranspiration,AET）和潜在蒸散（potential evapotranspiration,PET）。AET指的是地表水分蒸发和植物冠层蒸腾之和,是水文循环和地表能量平衡中极其重要的分量,也是维持植被生存所必须的生理过程[2,3]。PET是水分充足的条件下的蒸散,是干旱区的气候及水资源研究中,决定该地区气候变化和水资源时空分布的重要指标。新疆因独特的地貌特征和地理位置,是全球极端干旱区之一,其自然条件恶劣、气候干旱、植被稀疏、水循环链条脆弱,人类社会生存与发展、生态平衡受水资源变化的强烈影响[4]。在干旱半干旱地区,水分的蒸发蒸腾是水量消耗的主要途径[5],它与降水共同决定着区域气候干旱程度,并且在合理调配水土资源、区域生态平衡研究等方面发挥着关键作用。科学地研究和评价该区域地表蒸散量变化格局,将会有利于加深新疆地区气候演变、环境问题的认识,了解区域生态需水规律,同时对于水资源合理利用与评价、旱涝监测与预警等研究具有重要的参考价值。

由于下垫面条件较复杂,蒸散的观测与估算比较困难,因此传统的蒸散研究只限于小区域观测及理论模型计算的点状数据,很难进行大区域蒸散的统计和分析[6]。相对于传统的蒸散估算方法,遥感数据可以动态、快速地获取地表状况,因此遥感反演地表蒸散是进行大区域地表蒸散研究的主要手段[7,8]。近些年来,随着遥感技术的崛起与迅速发展,大尺度非均匀陆面的ET研究取得突破性进展[9,10]。遥感技术能够大面积同步观测地表辐射、植被状况,使得大范围、多时相的ET估算成为可能 [11]。自20世纪70年代以来,ET的估算研究得到重大进展,并国内外陆续出现一系列可靠的ET估算方法,代表性模型有基于Penman-Monteith公式的VITT模型[12]、基于Priestley-Taylor公式的三角形模型[13]、基于能量平衡的SEBAL模型[14]、SEBS模型[15]、TSEB模型[16]等。刘园等基于Penman-Monteith公式针对华北平原参考作物ET的变化特征以及导致其变化的主要影响因子进行了分析[17]。李宝福等通过SEBAL模型对塔里木河干流区多年ET和不同土地利用/覆被类型的ET进行了对比分析[18]。吴雪娇等基于SEBS模型估算黑河中游地区日尺度的实际ET,并进行地面验证和时空变化分析[19]。2011年,美国NASA研究团队正式发布具有较高时间分辨率和免费获取特点的全球陆地蒸散数据（MOD16）[20,21]。通过该数据可以获取ET的不同特征参数,其模拟精度达到86%。国内一些研究人员利用MOD16产品对不同区域地表ET时空分布和变化特征进行了评估,如鄱阳湖流域[22]、陕西省[23]、渭河流域[24]、淮河流域[25]。贺添等[26]分别在站点和区域尺度上检验了MOD16产品在中国的应用精度,并深入讨论中国2001-2010年的ET时空分布格局和驱动因素,此研究结果表明,在干旱程度不断加剧的西北地区ET的空间分布最小并有逐年显著减少的趋势。

新疆作为典型的干旱半干旱地区之一,地形较为复杂、沙漠与绿洲共存、水资源短缺[27]。近年来,新疆气候变化、水资源的合理调配是众多学者的研究热点,但研究的重点多在降水、融雪以及河川径流的变化等方面[28,29,30,31]。ET作为地表能量和水资源平衡的决定性变量,其变化与区域气候、生态环境及其水资源的变化息息相关,而有关新疆地表 ET的系统研究主要针对局限于部分站点、不同估算模型的参考作物ET或者PET的区域时空特征[32,33,34]。因此现阶段,利用长时间序列的最新气象资料来开展新疆ET时空变化格局和它们之间的关系,以及其趋势变化等研究是十分必要的。本文根据干旱区地表蒸散发特点,以新疆为研究区域,以2000-2014年1 km空间分辨率的MOD16产品为基础,结合气象实测数据,在年、月时间尺度下对新疆地表ET与PET的时空分布及其变化特征进行深入分析,揭示研究区地表ET与PET的变化规律,以期加深新疆地区气候演变、环境问题的认识,为监测旱情以及生态环境保护与管理提供参考依据。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究区概况

新疆地处亚欧大陆中心、中国西北边陲,地处73°45′~96°39′E、34°34′~49°17′N,总面积约1.66万km2,是中国面积最大的省级行政区。北部为阿尔泰山脉,南部为昆仑山脉,天山山脉横亘中部,把新疆分隔为北疆和南疆两大区域,北疆的准葛尔盆地和南疆的塔里木盆地与此三座高山环抱构成了“三山夹二盆”的独特地域结构（图1）。

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图1   研究区土地利用/覆被和气象观测站分布图

Fig.1   The spatial distribution of land use/cover and meteorological stations of the study area

新疆以温带大陆性干旱气候为主,日照时间充足、降水量少、地表热量丰富、极端干旱。南疆年平均气温约为7 ℃~14 ℃,北疆约为-4 ℃~9 ℃。全疆降水量的时空分布不均匀及年均降水量较少,约145 mm,其中北疆约150~200 mm,南疆不达100 mm,蒸发量为2000~2500 mm,干旱程度为4~16[35]。由于特殊的地理位置、地形和气候条件的影响,植被覆盖率低、沙漠戈壁和裸地面积大,使其生态系统比较脆弱、敏感。

2.2 数据来源及处理

（1）遥感数据。蒸散量数据为2000-2014年期间年、月合成的,卫星轨道号为 h23v04/h23v05/h24v04/h24v05/h25v04/h25v05的MOD16-ET、PET数据。借助于NASA提供的MRT投影转换工具将原始的采用分级数据格式转换为GeoTiff格式,将SIN投影转为WGS-1984/Geographic经纬坐标系,并进行图像空间拼接。根据网站提供的数据使用说明,剔除数据中的无效值并还原真实值,最后对数据进行矢量裁剪并获取研究区各年、月ET和PET值。

为了检验MOD16产品在该研究区反演地表ET的适用性,选取新疆地区内的25个气象站的2000-2008年月时间序列的实际蒸发皿ET数据与MOD16-PET数据在“点”尺度上进行验证。

（2）地面观测数据。根据各个气象站的实际地理环境,剔除位于无植被区域的4个无效站点,剔除少量蒸发皿实测异常值。对于部分气象站的缺测蒸发皿ET值,将E-601型蒸发器的ET值折算为20 cm口径蒸发皿ET值来间接推算,估算精度达到98%,处理后得到各站年、月蒸发皿实测数据,再与MOD16-PET数据集进行对比验证。

2.3 研究方法

（1）折算系数计算方法[36,37]。E-601型蒸发器ET与20 cm口径蒸发皿ET的折算系数计算公式为：

Κ=Ε601Ε20（1）

式中： Κ为蒸发折算系数; Ε601为E-601型蒸发器的蒸发量（mm）; Ε20为20 cm口径蒸发皿的蒸发量（mm）。

（2）ET年际变化的评估指标[38,39]。利用线性倾向估计计算每个像元2000-2014年的ET时间线性倾向率,计算公式为：

S=n∑i=1ni×ET-∑i=1ni∑i=1nETin×∑i=1ni2-∑i=1ni2（2）

式中：S为线性倾向值;n为年序列总长度（n=15）;i=1, ⋯,n,分别对应2000-2014年;ETi为对应第i年的MOD16-ET。S为负时,表示随时间i的增加,ET变化处于减少趋势;S为正时,表示随时间i的增加,ET变化处于增加趋势。

3 结果分析

3.1 MOD16数据精度检验

为了验证MOD16蒸散产品在新疆地区地表ET时空反演的准确性,选取研究区内的21个代表性气象观测站（图1）的2000-2008年月时间序列的小型蒸发皿ET数据在“点”尺度上进行精度验证。蒸发皿ET是水分充足的条件下,蒸发皿所在区域自由水体的最大蒸发状况[40];在干旱半干旱区,实际ET主要是由水分和能量所决定,而蒸发皿ET不受水分的影响,决定其大小的主要因子是能量,因此蒸发皿ET与实际ET具有相反关系[41]。PET表示的是充分供水情况下的某一固定下垫面最大蒸散量[42,43]。可知蒸发皿ET与MOD16-PET相比蒸发皿ET与MOD16-ET更接近,可通过蒸发皿ET与MOD16-PET的相关性来检验MOD16蒸散产品在新疆地区的可行性。

结果表明（图2）,蒸发皿实测ET与MOD16-PET之间具有较高的相关性,相关系数达到R2=0.83,MOD16蒸散产品在该地区验证精度良好。MOD16蒸散产品中的PET精度验证满足要求,说明MOD16产品在新疆地区具有适用性,可以用于该研究区地表ET的时空分布特征研究。图2显示,蒸发皿实测ET与MOD16-PET数据构成的散点图的趋势线往蒸发皿实测ET（x轴）一边倾斜,说明实测ET比MOD16-PET偏大。主要的原因在于蒸发皿中水体的反射率和不同下垫面的反射率是不同的,再加上白天存储在蒸发皿的热量,使蒸发皿在夜间也有蒸发过程,而PET仅仅发生在白天,夜间没有PET。因此,蒸发皿实测ET与PET之间必然有差异,即蒸发皿实测ET大于MOD16-PET。

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图2   气象站月实测ET和MOD16-PET的关系

Fig.2   Relationship between MOD16 PET product and monthly ET at meteorological stations

3.2 平均ET、PET的时间分布特征

2000-2014年期间新疆地表ET、PET年际波动不大,ET波动范围为335.86~385 mm之间,多年平均ET为364.29 mm;PET波动范围为1516.84~1655.97 mm,多年平均PET为1584.06 mm。年ET波动最为突出的年份是2005年和2009年,相对变化率分别为5.38%和-8.46%。年PET波动最为突出的年份是2007年和2003年,相对变化率分别为4.34%和-4.43%（图3a）。ET为地表实际蒸散量,PET为一定气象条件下水分供应不受限制时的最大蒸发蒸腾量,ET与PET的差距可以说明地表的缺水情况,也就是干旱程度。从图3可以看出,新疆地表ET与PET有较大的差距,说明新疆整体上缺水、干旱。

新疆地表ET、PET的年内分布处于先增大后减少的单峰型变化趋势,峰值位于7月（图3b）。月平均ET约23.96 mm,PET约78.48 mm,ET、PET都比较集中在5-9月,5-7月处于快速增长趋势,7月达到最高值,分别为89.95 mm和217.35 mm,8月开始迅速下降,1月处于最小值,分别为22.10 mm和61.39 mm,从10月到次年2月的ET、PET波动比较平缓。8月ET与PET之间的差距最大,说明新疆在8月处于最干旱状态。按季节来看,春季（3-5月）ET与PET处于增加趋势,3月开始气温慢慢升高、降水量逐渐增多、植被返青,因此ET、PET也随之升高;夏季（6-8月）气温达到最高值、受西风气流的影响,水汽来源充沛,使得降雨量大、太阳辐射强烈、不同地貌类型的ET、PET达到最大值,因此在夏季ET、PET比其他季节最大;秋季（9-11月）气温逐渐下降,雨量减少、植被开始枯竭,ET、PET随之急剧减少;冬天（12月-次年2月）气温低、降水量少、太阳辐射较弱,ET、PET保持最低值,无明显的变化。夏季ET、PET之间的差距最大,说明此时新疆最干旱、最缺水。

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图3   2000-2014 年新疆ET、PET不同年月变化

Fig.3   Annual and monthly variations of ET and PET in Xinjiang during 2000-2014

3.3 平均ET、PET的空间分布特征

根据ET的分布情况,将新疆分为北疆、南疆、天山等三个区域进行ET、PET的空间分布分析。如图4a所示,2000-2014年新疆地表ET、PET的空间分布存在明显的差异,两者整体上呈现出北疆大于南疆、西部大于东部的分布特征,且两者的空间分布状况正好相反。多年平均ET波动范围为48~786.6 mm,PET波动范围为626.0~2630.9 mm。北疆阿尔泰山一带、伊犁河谷以及天山西段植被覆盖区ET值比其他区域显著高,在248~786.6 mm之间,PET值比较低,在626.0~1454.5 mm之间。北疆的准噶尔盆地南部和北部、哈密以及南疆塔里木盆地外缘 ET值均比较低,在48~248 mm之间,PET值较高,在1454.5~2630.9 mm之间。由于MOD16产品覆盖范围为有植被区域,所以在图中南疆的塔克拉玛干沙漠腹地和喀喇昆仑山山脉带状山麓地带、东部大范围荒漠戈壁区等没有植被区域为空白,没有数据。

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图4   新疆年平均与季节平均ET、PET空间分布

Fig.4   The spatial distribution of annual and seasonal ET and PET in Xinjiang

ET与PET在陆面和大气的作用下是相互影响的,可以通过蒸散发互补相关理论分析ET与PET的相反空间分布状况[44,45]。当下垫面充分湿润条件下,ET与PET相等;当水分不足时,ET变少,陆面和大气的相互作用导致PET增大。北疆阿尔泰山一带、天山西段的较大降水量,伊犁绿洲的灌溉引水使此区域ET值大,PET值小;准噶尔盆地南部和北部、哈密以及南疆塔里木盆地外缘等区域太阳辐射较高、日照时数长、降水量少、下垫面供水不足,因此ET值小,PET值大。

根据ET与PET的空间分布情况可以看出,北疆的阿尔泰山脉、伊犁河谷、天山西段植被覆盖区等区域水分比较充足,而北疆的准噶尔盆地南部和北部、吐鲁番—哈密地区,以及南疆塔里木盆地边缘区域下垫面供水不足,即干旱缺水。

从图4b中可以看出,新疆春、夏、秋三季ET、PET与多年平均ET、PET空间分布格局（图4a）大致相同,但冬季相反。ET在夏季最高,其次为春季、秋季,冬季最少。春季ET值为3.7~206.3 mm,平均值为100.5 mm,北疆阿尔泰山一带、伊犁河谷以及天山西段等区域ET值比其他区域显著高;到了夏季因植被覆盖度高,加上高山融雪而引起的径流增加,蒸腾和蒸发作用旺盛,为蒸散提供了充分条件,所以ET明显增加,达到9~451.8 mm,平均值为182.8 mm,夏季ET空间分布格局与年际情况基本相似;在秋季,气温开始下降、降水量变少,ET也随着降低,达到7.4~178.1 mm,平均值为75.8 mm,尤其在阿勒泰山和伊犁河谷轻微减少;到了冬季,气温低、太阳辐射较弱、植被覆盖度低,没有良好的蒸散条件,因此ET比其他季节较小,为2.7~111.4 mm,平均值为67.2 mm,天山南部和南疆西部边境区域没有变化,其他大部分区域ET明显减少。

春季PET值为99.5~788.8 mm,平均值为429.4 mm,南疆塔里木盆地外缘,北疆准噶尔盆地南、北部PET值显著高;到了夏季准噶尔盆地南部和北部PET值明显增加,达268.2~961.1 mm,平均值为634.6 mm;秋季PET值为125.9~611.1 mm,平均值为358.9 mm。春、秋两季PET空间分布与年际情况基本相似;冬季PET值为30.7~380.8 mm,平均值为191 mm,在南疆塔里木盆地西南边缘较高,北疆和天山西段整个地区PET值均小。

3.4 地表ET、PET的变化趋势分析

图5a表示近15年来新疆地表ET、PET变化趋势空间分布情况。从图5a中可以看出,ET在准噶尔盆地南部、塔城和博州部分地区有明显增加趋势,面积约占总面积的10%;准噶尔盆地北部和南疆塔里木盆地外缘水资源较丰富的绿洲区域轻微增加或者基本不变趋势,面积分别占29%和42%;阿尔泰山脉一带、伊犁河谷及其西边的天山中段有减少趋势,轻微减少和严重减少区域面积约占总面积的16%和3%。PET在天山中段的伊犁草原、巴音布勒克草原以及哈密巴里坤草原等区域有明显增加趋势,面积约占总面积的4%;准噶尔盆地北部、博州、伊犁西部等区域有轻微增加或者基本不变趋势,约占总面积的17%和26%;在南疆环塔里木盆地的库尔勒市—阿克苏市—喀什市—和田市沿线绿洲和昆仑山北坡山前荒漠草原等区域主要有轻微减少趋势,约占总面积的32%。新疆多年ET总体上处于基本不变趋势,基本不变的区域面积约占总面积的42%;PET处于轻微增加趋势,约占总面积的32%。按增加或减少的趋势所占的面积来看,ET处于增加趋势的区域面积小于减少趋势的区域面积,PET处于增加趋势的区域面积明显大于减少趋势的区域面积。

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图5   新疆年际与不同季节ET、PET变化趋势

Fig.5   The change trend of annual and seasonal ET and PET in Xinjiang during 2000-2014

从新疆不同季节地表ET、PET变化趋势空间分布情况可以得出（图5b）,四季ET、PET变化趋势空间分布除了冬季差异较大,其他季节与多年ET、PET变化趋势基本一致。春季ET在北疆的阿勒泰山边境区域和南疆西部地区有明显增加趋势,中部天山山脉和周围、阿勒泰山南部有严重减少趋势,准噶尔盆地基本不变,其中ET基本不变的区域面积最大,约占总面积的35%;夏季ET在天山和北疆大面积区域有轻微减少趋势,面积约占总面积的66%,南疆地区无明显变化,ET基本不变;秋季,ET变化趋势跟年际ET变化趋势基本上一致,处于轻微减少趋势的区域面积最大,约占总面积的49%;冬季,准噶尔盆地北部、吐鲁番—哈密地区、天山西段等区域有明显增加趋势,南疆整体上处于减少趋势,其中轻微减少的区域面积最大,占总面积的29%。PET在春季以基本不变趋势为主,约占总面积的37%,而秋季以轻微增加趋势为主,约占总面积的36%,春、秋两季PET变化特征与年际情况基本相似;夏季,北疆和天山山脉区域基本上处于增加趋势,南疆处于基本不变或者轻微减少趋势,其中处于轻微增加趋势的区域面积最大,约占总面积的42%;冬季PET变化趋势与其他季节有较大差异,吐鲁番—哈密地区、准噶尔盆地东部PET明显增加,阿勒泰山、准噶尔盆地西部、伊犁河谷以及整个南疆地区有减少趋势,轻微减少的区域面积最大,约占总面积的33%。

4 结论与讨论

4.1 结论

本文利用MOD16产品,结合气象站实测数据,在精度检验的基础上,对新疆2000-2014年间的地表ET、PET时空变化格局及其变化趋势进行了分析,并进一步揭示了两者之间的关系。主要结论如下：

（1）MOD16-PET与21个气象站月时间序列的实测ET具有显著的相关关系,相关系数达到R2=0.83,呈现出较高的一致性,说明MOD16产品在研究区总体上符合要求,可用于地表ET的时空分布特征研究。

（2）2000-2014年新疆地表ET、PET年际波动不大,ET波动范围为335.86~385 mm,多年平均ET为364.29 mm;PET波动范围为1516.84~1655.97 mm,多年平均PET为1584.06 mm。新疆地表ET与PET有较大的差距,说明新疆整体上缺水,干旱。ET、PET的月变化特征呈先增大后减少的单峰分布趋势,峰值位于7月,ET、PET分别为89.95 mm、217.35 mm,1月份处于最小值,分别为22.10 mm和61.39 mm。夏季ET与PET之间的差距最大,此时研究区最干旱、缺水。

（3）新疆2000-2014年平均ET、PET具有明显的空间分异特征,空间分布体现北疆大于南疆、西部大于东部的分布特征,并ET、PET的空间分布状况正好相反。北疆阿尔泰山一带、伊犁河谷西部以及天山西段植被覆盖区等区域ET值较高,PET值较低;准噶尔盆地南部和北部、哈密以及南疆塔里木盆地外缘ET值均较低,PET值较高。根据ET与PET的相反关系可以看出,阿尔泰山脉、伊犁河谷、天山西段植被覆盖区等区域水分比较充足,而准噶尔盆地南、北部,吐鲁番—哈密地区,以及南疆塔里木盆地边缘区域干旱缺水。春、夏、秋三季ET、PET空间分布与多年情况大致相同,冬季则相反。

（4）2000-2014年期间新疆地表ET年际变化整体上以基本不变趋势为主,基本不变的区域面积约占总面积的42%;PET处于轻微增加趋势,约占总面积的32%。按增加或减少的趋势所占的比例来看,ET增加趋势的区域面积小于减少趋势的区域面积,PET增加趋势的区域面积明显大于减少趋势的区域面积,ET减少趋势和PET增加趋势表明研究区近15年内干旱加重。四季ET、PET变化趋势除了冬季有较大的差异,其他季节与多年ET、PET变化趋势基本一致。

4.2 讨论

新疆已有的蒸散量的研究主要基于长期的气象观测资料,针对PET时空变化特征及原因进行分析。董煜等[46]基于Penman-Monteith公式和气象资料分析新疆PET时空变化特征及变化原因,并对未来PET变化趋势进行了预测。张山清等[34]利用逐月实测气象资料与Penman-Monteith公式,通过Mann-kendall检测和空间插值技术,分析了新疆1961-2008年PET时空变化特征。而本文在利用高分辨率遥感产品和连续时间段的气象观测数据,分析ET、PET时空分布特征的基础上,深入讨论两者的关系和多年变化趋势,从而反映区域干旱时空分布状况。由此得到的研究成果,能够弥补已有研究的不足,并指出以后的结合遥感技术和地面观测资料,由简单到复杂的发展方向。由于区域地表ET、PET的变化过程十分复杂,受制于多种气象要素和地理环境的综合影响,而且这些要素对不同区域的影响机理不尽相同。因此,在本文的基础上,结合研究区地表和实际情况,进一步深入探讨不同要素对ET、PET的贡献将是下一步的研究重点。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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