陸地和大氣控制下的青藏高原生長季地表能量分配和蒸發比機制
地表能量平衡是氣候系統的關鍵因素之一，對發生在地球表面附近的水文氣象過程起調節作用。經典水文學定義了土壤濕度（SM）與蒸發比（EF）的耦合關系，提出主要蒸散機制（能量或水分限制）。然而，基于觀測結果的分析表明，不同區域的EF-SM關系可能會因其它環境因素發生改變。這意味著經典的EF-SM關系中嵌入了更復雜的依賴性，實際情況中這種關系可能是一種多維函數。
針對以上問題，“西風-季風協同作用及其影響”任務“地氣相互作用及其氣候效應”專題中科院青藏高原研究所地氣作用與氣候效應團隊采用多種分析算法，將研究區域劃分為六個地表響應功能組，并將多維蒸發狀態函數劃分為由分段變量控制的分段函數。受地表能量平衡方程和水分、能量限制蒸發機制的啟發，科研人員選擇土壤濕度和凈輻射通量分別表示水分和能量狀態，選擇葉面積指數表征植被覆蓋，研究地表參數對能量分配和蒸發比的主要影響。
研究結果表明，以葉面積指數代替土壤濕度作為解釋變量時，耦合強度提高1.8倍，但在回歸樹分析中，土壤濕度是最優先的解釋變量。這與蒸發比的本質一致，表明水分可能是最基本的解釋變量。由于植被受提取水分、光合作用、土壤遮蔭和改變粗糙度等影響，蒸發機制從兩個階段細分為五個階段，且每個階段都有一個權威的解釋變量。
以上研究成果以“Terrestrial and atmospheric controls on surface energy partitioning and evaporative fraction regimes over the Tibetan Plateau in the growing season”為題，發表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres上，“西風-季風協同作用及其影響”任務中科院青藏高原研究所馬耀明研究員為通訊作者，中科院青藏高原研究所與蘭州大學聯培的在讀博士生楊晨義為第一作者。
全文鏈接：http://doi.org/10.1029/2021JD035011
圖1 聚類分析得到的地表響應功能組
圖2 整個研究區域的EF回歸樹。底部一行的箱型圖為相應的葉子節點中的EF分布
圖3 回歸樹中每個葉子節點的解釋變量與響應變量的耦合。
解釋變量分別為土壤濕度(A), 凈輻射通量(B)，土壤濕度（C）、葉面積指數（D）和土壤濕度。