干旱通常由持续性降水亏缺驱动，并通过水文和生态系统进一步传播，引起土壤水分下降、径流减少与植被枯萎，从而影响陆地与大气之间的水热交换。准确理解和定量刻画干旱期间地表蒸散发（ET）的变化规律，对于明晰陆-气相互作用过程与机制具有重要意义。然而，现有研究集中于关注ET总量或个别组分，往往忽视了不同ET组分（如土壤蒸发、植被蒸腾、冠层截留蒸发、冰雪升华）在干旱演变过程中的协同变化及其相互影响。为了填补这一知识空白，南京信息工程大学大气科学学院王壬副教授及其硕士生朱虹宇，利用基于卫星遥感的GLEAM蒸散发产品和ERA5-Land再分析资料，在全球尺度上量化研究了气象干旱期间ET不同组分的协同变化规律。相关成果发表在Remote Sensing，主要研究结论如下：

1. ET及其组分在干旱期间的变化量

研究结果显示，植被蒸腾（Et）始终是水分蒸发的主导部分，这一现象在热带地区尤为显著—当地植物对整体蒸腾量的贡献占比明显更高；相比之下，裸地蒸发（Eb）和积雪升华（Es）的贡献比例则相对较小。这些规律性特征表明，在干旱条件下，植被对调控地表水分蒸发变化具有重要作用，尤其是在热带雨林等植被覆盖丰富的区域。总体而言，干旱期间全球蒸散发量显著下降，陆地表面平均减少20.5毫米/月，主要由植被活动受抑制驱动。值得注意的是，与其他因素不同，干旱期间雪升华蒸发量（Es）增加0.42毫米/月，反映出干旱期间积雪覆盖条件下复杂的动态变化。

图1. 干旱期相对于非干旱期蒸散发量的差异。图示分别为（a）蒸散发（Et）、（b）裸土蒸发（Eb）、（c）冠层截留蒸发（Ei）、（d）植被蒸腾（Et）和（e）冰雪蒸发（Es）。未考虑开放水域的蒸发量，因其通常不与其他组分相互作用。

根据SPI干旱强度分类标准，进一步研究了不同干旱强度下ET及其组分的变化规律。结果发现，干旱强度对ET及其组分的变化有显著的影响，其中轻度干旱导致ET总量、Ei和Et减少，而Eb和Es的增加可能部分抵消了这种减少，使得ET总量变化相对较小。随着干旱强度增加（中度、重度干旱）ET总量趋向于增加，并在重度干旱期间达到峰值。极端干旱下ET的增加受到限制并转为减少。这主要是由于土壤水分极度匮乏，无法满足大气的蒸发需求。Eb和Es也表现出随干旱强度增加先增后减的变化规律。

图2. 不同干旱强度下的（a）ET总蒸散发量，（b）Eb裸露土壤蒸发量，（c）Ei冠层截留蒸发量，（d）Et植被蒸腾量，（e）Es冰雪蒸发量。

2. 干旱驱动的ET增加（ET+）现象及其非对称性

该研究利用P（ET+）刻画干旱驱动的ET或其组分增加现象的概率。结果发现，高P（ET+）值主要出现在高纬度地区和热带雨林区域，同时在大陆内陆地带也有分布；而低P（ET+）值则多见于赤道两侧的副热带地区。全球平均P（ET+）值约为0.52。由于湿润区植被蒸腾量（Et）是水分蒸发的主要形式，在大多数中低纬度地区，Et与ET的空间分布特征高度吻合。然而在北半球高纬度地区，两者呈现差异性：当总蒸腾量增加时，Et却趋于下降，这主要由于高纬度地区雪的升华作用（Es）整体蒸散发量产生了重要影响，即干旱期间积雪升华作用常会加强，从而引起整体蒸发量的上升。

图3. GLEAM数据集展示的干旱期间（2000-2020年）蒸发量（ET）及其组分增加现象的概率P（ET+）。

图4. 与图3相同，但由ERA5-Land数据集展示的干旱期间（2000-2020年）蒸发量（ET）及其组分增加的概率P（ET+）。

3. 典型干旱事件期间ET及其组分的时间变化特征

研究选取了历史时期典型的干旱事件，进一步刻画干旱期间蒸散发及其组分的协同变化特征（图5）。气象期间地表水损失严重干旱期，植被蒸腾（Et）占主导地位；其次是土壤蒸发量（Eb）。从长期来看，Ei在很大程度上受降水的影响，然而干旱时期降水很少，这意味着Ei不受降雨模式的显著影响。

在研究的干旱事件中，蒸散发的变化曲线主要遵循两种模式：(1)单峰型，即蒸散发最初显著减少，达到低谷，然后逐渐恢复到接近正常水平，反映了季节性干旱特征（图5a-c）；(2)双峰或多峰模式，ET先减少，然后显著增加，随后再次减少，呈现减少-增加-减少的趋势（图5d-f）。后一种模式的特点是在特定干旱月份的ET急剧波动，通常与历史时期的极端高温和干旱复合事件相关，这是相应区域2018年5月、2017年12月和2019年4月发生的极端高温事件并造成ET剧烈波动的原因。

图5. (a) 2012-2013年中美洲干旱，(b) 2006-2007年澳大利亚东南部干旱，(c) 2009-2010年中国西南干旱，(d) 2017-2018年南非及其周边地区严重干旱，(e) 2019年印度西部干旱，(f) 2018年中欧干旱。

该研究有助于进一步理解干旱期间ET组分的协同变化规律，研究结果强调了干旱驱动不同ET组分增加的高度不对称性，以及考虑干旱强度和区域差异对准确理解干旱期间ET变化规律及改进模型预测能力的重要性。

文章信息：

Ren Wang* and Hongyu Zhu. Global Asymmetric Changes in Land Evapotranspiration Components During Drought: Patterns and Variability. Remote Sensing,2025, 17(16): 2790. https://doi.org/10.3390/rs17162790