潛在蒸散(potential evapotranspiration，ETo)既是水分循環的重要組成部分, 也是能量平衡的重要部分，它表示在一定氣象條件下水分供應不受限制時, 某一固定下墊面可能達到的最大蒸發蒸騰量，也稱為參考作物蒸散。潛在蒸散在地球的大氣圈-水圈-生物圈中發揮著重要的作用，與降水共同決定區域乾濕狀況, 並且是估算生態需水和農業灌溉的關鍵因子。
基本介紹
- 中文名：潛在蒸散
- 外文名：potential evapotranspiration
- 影響：決定區域乾濕狀況
簡介,潛在蒸散量,影響因子,蒸散互補,太陽輻射,風速,變化趨勢,空間分布特徵,時間分布特徵,影響,
簡介
潛在蒸散表示在一定氣象條件下水分供應不受限制時，某一固定下墊面可能達到的最大蒸散量。潛在蒸散是區域乾濕狀況評價、作物需水量估算和水資源合理規劃的關鍵因子。
潛在蒸散量也稱為可能蒸發量或大氣蒸發能力，是指大片而均勻的自然表面在足夠濕潤條件下水體保持充分供應時的蒸散量，而參考作物蒸散量是在潛在蒸散量的基礎上對作物特性進行了進一步的規定，將其定義為作物高度為 0.12 m，葉面阻力為 70 s/m， 反射率為 0.23，具有同一高度、水分適中、生長活躍和完全覆蓋地表的綠草冠層的蒸散量。
潛在蒸散量
潛在蒸散量是天氣氣候條件決定的下墊面蒸散過程的能力，是實際蒸散量的理論上限。通常也是計算實際蒸散量的基礎, 廣泛套用於氣候乾濕狀況分析、水資源合理利用和評價、農業作物需水和生產管理、生態環境如荒漠化等研究中。
潛在蒸散量一般由估算獲得，估算潛在蒸散量的方法大致可以分為3類：即溫度法、輻射法和綜合法。在不同的氣候區，這些方法具有各自不同的適用性及精度，選擇適當的方法是準確估算蒸散量的重要前提條件。
估算潛在蒸散量的方法有許多, 多年來國內外開展了大量的對比分析研究, 許多工作一致認為：考慮了能量平衡和水汽擴散理論的彭曼- 孟蒂斯公式綜合反映了蒸發必須具備的條件:蒸發潛熱所需要的能量和水汽移動必須具有的動力結構, 具有理論基礎堅實、物理意義明確, 能夠反映各氣候要素的綜合影響等特點, 而且計算結果準確, 適應於不同氣候類型地區潛在蒸散量的計算。1990 年, 該方法被FAO 專家組成員定為計算潛在蒸散量的標準方法加以推廣並不斷修正。
已有學者對特定區域潛在蒸散量及各種方法在特定區域中的套用進行過比較和評估，但以往這些工作較少涉及到高寒的江河源區。近幾十年來，江河源區氣候發生明顯變化，潛在蒸散量也必然會隨之發生變化，其變化趨勢如何將直接影響到當地的水資源及生態狀況。另外，江河源區由於氣候條件惡劣，氣象站點稀疏，觀測要素少，潛在蒸散量的計算易受到資料匱乏的限制。因此，探討多種潛在蒸散量的方法在高寒區的適用性以及計算精度，提出適用於高寒區且所需資料最少的計算方法，對於高寒區水資源的評價和氣候變化影響研究具有重要的實踐意義。
影響因子
在全球增溫背景下, 潛在蒸散的減少現象以及引起減少的主要原因引起了學者熱烈廣泛的討論。一般而言, 主要有以下3 種解釋: 蒸散互補(complementaryevapotranspiration)、太陽輻射減少(global dimming)和風速減小(wind stilling)。
蒸散互補
根據蒸散互補理論, 潛在蒸散的變化與實際蒸散的變化呈反比, 潛在蒸散的減少印證了全球變暖導致的實際蒸散增加。然而蒸散互補僅適用於乾旱地區, 在濕潤地區, 實際蒸散受潛在蒸散控制,兩者呈正比關係，無法利用蒸散互補解釋潛在蒸散降低的現象。
太陽輻射
近50 年來全球很多區域日照時數和太陽總輻射減少，會使蒸發所需要的能量減少, 導致潛在蒸散減少。
太陽輻射是地表的能量來源. 用日照時數計算所得的太陽輻射與觀測值間相關性較高。日照時數是我國南方地區潛在蒸散減少的主導因子, 特別是在夏季, 影響範圍向北擴展至華北和東北, 這與目前觀測到的全球中緯度地區和我國輻射減少密切相關。
自20 世紀50 年代以來, 全球地表太陽輻射經歷了一個從減少到增加的過程, 轉折點發生在1990 年左右。中國1961~1989 年地表太陽總輻射總體減少約11%, 1990~2003 年間略有回升。該變化特徵與潛在蒸散在20 世紀90 年代後呈增加之間的關係值得在今後的研究中探討。目前對輻射變化的原因尚存在爭議。20 世紀90 年代之後全球大氣透明度的增加是地表太陽輻射增加的重要原因，區域總雲量的增加導致一些區域太陽輻射減少；而在中國總雲量是減少的, 氣溶膠和空氣污染物的增加是太陽輻射減少的主要原因，但氣溶膠對青藏輻射平衡的影響不大。大氣濕度增加和人類對於能源消耗的增加也導致太陽總輻射下降。 風速減小, 氣溶膠和其他空氣污染物不易擴散, 導致日照時數降低，同時輻射減少亦導致風速降低。
風速
根據地面器測記錄, 全球中緯度地區近地表風速減小， 我國區域平均風速在近幾十年來也存在顯著減弱的變化趨勢，因此不斷有研究將主要原因歸為風速變化。以色列中部地區觀測到蒸發皿蒸發量增加, 該地區太陽輻射減少, 而風速增加, 同樣說明風速是主導因子。中國相對濕度在西部上升、東部下降, 是蒸發皿蒸發量下降的主導因子；而在印度, 相對濕度顯著增加是導致當地潛在蒸散下降的主要原因。
風速減小是導致我國西北地區全年及各月潛在蒸散降低的主要原因, 秋冬季影響範圍則基本覆蓋全國. 因為我國北部風速減小趨勢大於南部，冬季風速的減小趨勢遠大於夏季。目前認為大氣環流的變化是造成風速減小的最可能原因。受增溫不均衡特徵的影響, 冬季我國北方增溫高於南方海洋, 夏季我國中南部地表降溫而南海海洋和北太平洋西部增溫, 溫差減小；近50 年西伯利亞高壓減弱, 海陸溫差和氣壓差減小, 亞洲緯向環流加強、經向環流指數減弱；青藏高原高空南-北氣壓差顯著減弱，以上變化特點造成我國大氣環流減弱和風速減小. 由於在較少受到人類干擾的青藏高原,風速亦顯著減小(1966~2003 年, −0.017 m·s−1·a−1)，城市化發展、觀測台站周邊局部環境等變化會對風速產生一定影響。
由於潛在蒸散的影響因子眾多, 其變化與各氣候要素變化的時空差異複雜多樣, 在不同區域的特定氣候條件下，同一氣候要素對潛在蒸散的作用也不盡相同.。溫度、水汽壓和淨輻射等影響要素的不同變化組合也會導致潛在蒸散呈增加或降低趨勢。
變化趨勢
自20 世紀50 年代以來至21 世紀初, 全球潛在蒸散(包括器測蒸發皿蒸發)普遍減少, 變化範圍大致在−1~−5 mm·a−2, 包括中國、俄羅斯、美國、西伯利亞、印度、以色列、澳大利亞和紐西蘭等地。在全球增溫背景下, 潛在蒸散的減少現象以及引起減少的主要原因引起了學者熱烈廣泛的討論。
空間分布特徵
1971~2008 年全國平均ETo 為756 mm·a−1, 範圍為349~1690 mm·a−1, 東北、青藏東部和西南地區值較低, 西北和華南地區值較高。在低海拔地區(<1000 m), ETo 與最高/最低氣溫的顯著相關性最高,東北低蒸散區主要是低溫導致, 華南高蒸散區與高溫相對應. 在中高海拔地區(≥1000 m), ETo與相對濕度和日照時數的顯著相關性最高, 青藏東部和西南部低蒸散區形成的主要原因是相對濕度較大、日照時間較短; 內蒙古乾旱地區高蒸散區則具有相對濕度較小、日照時間較長的特點。
時間分布特徵
（1）年平均潛在蒸散的變化趨勢
1971~2008 年我國年平均潛在蒸散整體呈顯著減少趨勢, 主要發生在20 世紀90 年代以前, 自1993 年開始潛在蒸散有所增加; 潛在蒸散的變化主要歸因於風速和日照時數。
近40年以來全國年平均ETo 顯著下降, 變化趨勢為−0.66 mm·a−1(−11.19~24.54 mm·a−1)。變化趨勢的區域差異明顯: 100°E 以西地區以顯著減少趨勢為主; 以東地區的華北、西南和東北中部以減少趨勢為主, 變化趨勢顯著的站點較多; 東北北部、華中和華南部分地區以升高趨勢為主, 但並不顯著。
（2）潛在蒸散減少的主導因子存在明顯空間差異
溫帶和青藏高原高寒地帶大多數地區ETo變化的主導因子為風速, 且ETo多為減少趨勢, 部分地區ETo增加的主導因子為最高氣溫; 而年均溫較高的亞熱帶和熱帶地區ETo變化的主導因子主要為日照時數,ETo增加的站點其主導因子主要為相對濕度。
潛在蒸散的空間分布既受氣候條件的制約, 又受地形等地理環境的影響, 區域差異性明顯, 潛在蒸散變化及其主導因子亦均存在明顯的時空差異. 這與潛在蒸散與溫度、風速、相對濕度和輻射之間呈複雜的非線性關係密切相關。
影響
潛在蒸散的變化會對陸地表層生態和環境產生影響, 導致潛在蒸散變化的主導因子不同, 具體影響也不盡相同。
夏季我國農牧交錯帶的西北地區, 潛在蒸散因風速減小而降低, 氣候條件的變化有利於濕潤度的提高和牧草生長；而東南部地區潛在蒸散因日照時數降低而減少, 雖然有利於水分條件最佳化, 但是由於熱量資源的同步減少, 因此氣候變化對植被和農業生產的影響複雜, 不確定性較高。
