2000-2014年宁夏草地蒸散时空特征及演变规律

刘可,杜灵通*,候静, 胡悦, 朱玉果, 宫菲

(1.宁夏大学西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地,宁夏 银川 750021; 2.宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室,宁夏 银川 750021)

蒸散(evapotranspiration，ET)是植被及地面向大气输送的水汽总通量，包括植物叶片蒸腾及来自土壤、水体和植物表面的蒸发，涉及植物生理学过程和空气动力学过程[1]。蒸散是水文-生态过程耦合的纽带[2]，在水圈、大气圈和生物圈的水分循环和能量平衡过程中有着关键作用[3]，它决定着土壤-植被-大气系统(soil-plant atmosphere continuum, SPAC)中的水分和热量传输[4]，也是水循环过程中最重要、最难直接测量的分量之一[5]。Oki等[6]指出每年全球陆地有59%的降水通过蒸散返回大气圈，而在干旱区甚至高达90%的有效降水消耗于蒸散过程[7]；由气候变化引起的全球水循环变化必然影响地表蒸散过程，进而对干旱、半干旱地区的生态系统稳定性带来诸多不确定性，因此气候变化背景下准确掌握陆地生态系统的蒸散特征对于脆弱生态系统的维持和恢复具有重要的生态学意义。蒸散研究进入多过程大尺度阶段之前[8]，水量平衡法、蒸散仪法、波文比-能量平衡法、空气动力学法、涡度相关法和闪烁仪法等是测定蒸散的主要手段，但尺度扩展问题使得上述方法无法用于大尺度蒸散估算。而遥感技术因具有实时的空间观测能力，在估算区域蒸散过程中有着无可比拟的优越性[9]，已经成为局地、区域乃至全球尺度蒸散估算的有力工具[10]。2011年，美国蒙大拿大学Mu等[11-12]改进Penman-Monteith公式，集合相关MODIS数据和全球气象数据在蒸散反演算法上取得重大突破，开发出了全球陆地蒸散产品(MOD16)，现已应用到蒸散时空动态[13-15]、干旱监测[16]和全球变化[3]等研究中。一些学者也利用分布于南美[17]、中国[18-19]、南非[20]等不同土地利用类型和气候区的EC(eddy covariance)通量站点数据对MOD16进行验证，得出MOD16数据的精度普遍较好，可用于区域蒸散时空动态特征的研究。

宁夏处于中国季风区的西缘，特殊的气候环境形成了类型多样的草地，在长期的历史发展进程中，农业与牧业、草地与荒漠相互交织，在一些地区形成了比较典型的农牧交错复合生态系统。然而，宁夏20世纪七八十年代的过度垦殖与放牧，致使一些地区草地生态系统退化，生态功能萎缩，曾一度威胁到宁夏的生态安全，进入21世纪以来，当地政府适时地实施了退耕还草、封育禁牧等生态治理工程，使得部分草原地区的草地生态系统得以恢复。宁夏草地的命运变迁也引发了一些学者的关注，他们分别从土壤[21]、水分[22]、生物[23]等微观生态因子着手，对宁夏草地生态系统的稳定性和维持机理开展大量基础研究，但气候变化背景下以水分为切入点的区域蒸散研究较少，且已有研究主要集中在参考蒸散[24]和潜在蒸散[25-26]层面，针对宁夏草地的实际蒸散特征研究尚处于空白，全区草地蒸散的本底信息还不明确，草地生态系统从破坏到重建的过程中，实际蒸散的格局动态和时空演化规律也鲜有报道，而掌握草地的蒸散特征和水分消耗规律，对制定科学合理的退化草地生态系统的恢复措施具有重要的现实意义。因此，本研究利用2000-2014年MOD16遥感蒸散数据，通过回归分析、相关分析和重新标度极差分析等方法，研究了近15年宁夏草地的蒸散时空格局与演变规律，讨论影响宁夏草地蒸散的可能影响因素，以期为区域农牧业发展、退化草地恢复与重建、水资源分配与合理利用提供科学依据和理论支持。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

图1 宁夏草地分类图Fig.1 The distribution of grassland classification in Ningxia

宁夏处于黄河上游，我国西北地区的东部边缘，区内气候由南向北自中温带半湿润气候向半干旱、干旱气候类型过渡，多年平均降水量在166.9～647.3 mm之间，年平均气温5.3～9.9 ℃，呈北高南低分布；地势自南向北阶梯式逐渐下降，地貌类型复杂多样。多样的水热组合形成了具有明显地域分异特征的草地类型，全区由南向北既有草甸草原类、干草原类、荒漠草原类和草原化荒漠类的地带性草地类型，也有因山地水热分异或绿洲排灌而形成的低湿地草甸类、山地草甸类、干荒漠类、沼泽类、灌丛草原类和灌丛草甸类草地类型(图1)[27]。

1.2 数据资料

遥感蒸散产品(MOD16)源自美国蒙大拿大学网站(http://ntsg.umt.edu/project/mod16)。根据研究区选择卫星轨道号h26v05，分别下载2000-2014年期间的MOD16A3年蒸散数据，空间分辨率为1 km。由于原始数据是采用SIN投影的HDF文件格式存储，因此用MRT(MODIS Reprojection tools)软件进行批量裁剪和重投影。

气象数据来自中国气象科学数据共享网(http://data.cma.cn/)，获取了宁夏及周边共19个主要气象站的年降水量、平均气温、平均相对湿度、平均风速等指标，由平均气温和平均湿度计算饱和水气压差(vapor pressure deficit, VPD)；并利用Anusplin[28]软件进行空间插值，为提高插值精度，采用90 m的SRTM3数字高程模型和TRMM3B43降水速率数据集作为相应的协变量，生成近15年的1 km×1 km气象要素空间栅格数据。

宁夏草地类型数据源自《宁夏暨毗邻省(区)市(盟)经济社会发展地图集》的1∶120万宁夏草场资源图，扫描矢量化后定义投影，采用Albers双标准纬线投影与MOD16保持一致。

1.3 研究方法

1.3.1回归分析 为了定量描述宁夏草地蒸散的变化趋势，综合反映地表蒸散的时空特征，利用IDL编程对2000-2014年间的年ET序列进行逐像元最小二乘法回归分析，计算回归斜率，并采用F检验对拟合结果进行显著性检验。

(1)

式中：slope为回归斜率；n为研究时段；ETi为第i年的蒸散值；当slope>0说明蒸散处于增加趋势，反之则是减少趋势。结合蒸散变化趋势和F检验(P=0.05)，可得到显著上升、上升(但不显著)、下降(但不显著)、显著性下降4种变化趋势。

蒸散的影响因素分析采用多元回归方法，利用SPSS软件分析蒸散与降水、气温、饱和水汽压差及风速等气象因素的关系，构建多元回归模型。分析之前，对数据进行Z-score标准化处理，以便计算各变量的贡献率。

1.3.2相关分析 为了定量探讨宁夏草地蒸散与相关气象因素的关系，采用IDL编程逐像元计算蒸散与降水、气温、饱和水气压差和风速之间的Pearson相关系数，并进行F检验，当P<0.05时，相关性显著。

1.3.3重新标度极差分析与Hurst指数 重新标度极差分析(rescaled range analysis，R/S)是英国水文学家Hurst提出的一种非线性时间序列分析方法。对于一个具有长程依赖性的时间序列，该序列不同时滞的极差和标准差的比值随时滞而呈现幂律分布的趋势，幂指数即为赫斯特指数(H)，据此判断时间序列是遵从随机游走还是有偏游走，进而诊断时间序列的未来走势。若0.5

2 结果与分析

2.1 蒸散时间变化特征

2.1.1宁夏全区草地蒸散年际变化特征 2000-2014年，宁夏草地蒸散量介于177.51～274.43 mm，多年平均蒸散量为228.03 mm；2000年的平均蒸散量最低，仅为177.51 mm，低于多年平均值50.52 mm，相对变化率高达22.15%；2012年的平均蒸散量最高，达到274.43 mm，超出多年平均值46.40 mm，相对变化率为20.35%。宁夏草地蒸散总体呈增强趋势，但趋势并不显著(1.59 mm·年-1，P=0.86)，年际波动极为明显(图2)，其中在2000和2006年前后分别形成了近15年来宁夏草地蒸散的两个低谷，而2000-2003年和2008-2012年两个阶段，全区草地蒸散快速上升。造成这种蒸散年际波动的原因主要与极端气象干旱有关，2000及2005年是宁夏近15年气象降水的极端亏缺年[30]，极端干旱导致宁夏草地生态系统供水不足，蒸散出现低谷；强旱过后，草地植被的恢复会持续增强其生态系统的蒸散。而近15年草地整体蒸散的增强趋势，与宁夏中南部大规模实施退耕还草和草原封育禁牧有一定关联[31]，实施生态治理的草原区广泛种植了柠条(Caraganakorshinskii)、沙棘(Hippophaerhamnoides)等植物，提升了草地的植被覆盖度，进而增强了草地生态系统的蒸散。

图2 2000-2014年宁夏草地蒸散及降水量变化Fig.2 Inter-annual variations of ET and precipitation in study area during 2000-2014

宁夏不同蒸散强度的草地面积统计结果表明(图3)，2000-2014年，草地年均蒸散低于300 mm的区域占到宁夏草地总面积的74.6%以上，其中2000年达到了96.8%，这说明全区草地蒸散量总体较低；其中蒸散低于200 mm的草地面积年度变化较大，并显著影响多年蒸散的波动走势。高于300 mm的像元比例不高，但近15年的增长趋势显著，这与宁夏实施的系列生态治理工程有关。Mann-Kendall检验显示(图4)，宁夏近15年草地蒸散的UB和UF线分别在2001、2005和2011年出现交点，并在95%显著性水平临界线之间，这3年蒸散分别呈上升、下降和上升趋势，可以认为宁夏草地蒸散的变化趋势波动与多年降水量的变化有关。总体而言，近15年来UF线并未突破95%显著性水平临界线，蒸散上升趋势不显著，突变特征不明显。为了解释影响多年蒸散波动的主要因素，将宁夏草地蒸散与降水、气温、饱和水汽压差和风速4个影响因子进行多元回归分析，回归方程为：ET=0.3341×P-222.5238×VPD+264.1310 (R2=0.69，F=13.328，P<0.05)，式中：P为降水量，VPD为饱和水汽压差。回归方程显著，说明近15年来宁夏草地蒸散主要受降水和饱和水汽压差影响，二者对蒸散的贡献率分别为66.56%和33.44%，其中降水是驱动宁夏草地蒸散多年波动的主要因素。

图3 宁夏草地不同蒸散强度的面积百分比Fig.3 The percentage of grassland at different ET intensity in Ningxia

图4 宁夏2000-2014年草地蒸散的Mann-Kendall统计量曲线Fig.4 Mann-Kendall statistical curves of evapotranspiration of grassland of Ningxia during 2000-2014

2.1.2不同类型草地蒸散的时间变化特征 宁夏各草地类型的年平均蒸散量存在明显差异(图5A)，按照草甸草原类(479.68 mm)、山地草甸类(475.40 mm)、灌丛草甸类(415.13 mm)、干草原类(282.61 mm)、低湿地草甸类(234.04 mm)、沼泽类(214.46 mm)、荒漠草原类(197.04 mm)、草原化荒漠类(183.97 mm)、干荒漠类(182.99 mm)和灌丛草原类(172.51 mm)的顺序递减。具体来说，主要分布于南部山区的草甸草原类、山地草甸类和灌丛草甸类草地的植被覆盖度高，可利用水分充沛，因而蒸散量远高于其他类型草地；荒漠草原类、草原化荒漠类、干荒漠类和灌丛草原类草地多以旱生小禾草及小灌木为建群种，植被盖度小，为减少蒸腾失水，植物叶片小而少，蒸散较低。另一方面，宁夏全区降水和太阳辐射有着明显的地带分异，降水量南多北少，气温总体北高南低，且局域的非地带性因素更加剧了水热分异，故分布在宁夏南部的地带性草地类型(草甸草原类和干草原类)和隐域性植被类型构成的山地草甸类、灌丛草甸类、低湿地草甸类和沼泽类草地的蒸散量较高；而荒漠草原类、草原化荒漠类、干荒漠类和灌丛草原类草地主要分布在宁夏中北部，这些地区的水热搭配矛盾突出，土壤质地较差，下渗能力强，保水性能不理想，土壤供水不足严重限制了这类草地的蒸散量。综上所述，宁夏气候由南向北从中温带半湿润区向中温带干旱区过渡，不同气候区内各草地类型的建群种和群落生境存在显著差异，导致各草地类型的蒸散量因气候差异而存在不同的变化特征。

从宁夏各类型草地蒸散的年内动态曲线来看(图5B)，全区10类草地的蒸散变化过程可分成典型单峰型与非单峰型两大类，其中山地草甸类、草甸草原类、灌丛草甸类、低湿地草甸类和沼泽类草地的年内蒸散呈现明显的单峰形态，随着5月植被生长季的开始，草地蒸散迅速增加，到7-8月植被生长最茂盛的时期，蒸散也达到年内最高值，此后随着草地枯黄期的到来，蒸散迅速下降；而草原化荒漠类、干草原类、干荒漠类、灌丛草原类和荒漠草原类草地的年内蒸散动态与草地物候期的一致性较差，夏季蒸散的峰值不明显，这与宁夏的年内降水和太阳辐射变化特征严重不符，导致这一现象的原因在于以上类型草地的植被覆盖度都较低，植被蒸腾量少，蒸散量总体偏低，同时遥感蒸散算法对低植被覆盖区月时间尺度的蒸散估算精度也较低，复杂下垫面表面阻抗的不准确界定可能是导致冬季蒸散估算偏高的重要原因[8]。

图5 各草地类型多年平均蒸散(A)及年内动态(B)Fig.5 The average of ET (A) and it’s annual dynamics (B) of each grassland types for 15 years a为草甸草原类草地Meadow steppe；b为草原化荒漠类草地Steppe desert；c为低湿地草甸类草地Wetland meadow；d为干草原类草地Steppe；e为干荒漠类草地Drought desert；f为灌丛草甸类草地Shrub meadow；g为灌丛草原类草地Shrub steppe；h为荒漠草原类草地Desert steppe；i为山地草甸类草地Upland meadow；j为沼泽类草地Everglade.

2.2 蒸散空间变化特征

2.2.1宁夏草地蒸散空间格局及波动性 2000-2014年，宁夏草地的多年平均蒸散具有较强的空间异质性，呈现出南高北低的空间特征，这与宁夏多年平均降水量的空间分布特征比较一致，同时天然草地上零星分布的人工灌草地、林地也形成了局部高值区(图6A)。全区草地蒸散量的空间分布极差较大，蒸散介于135.84～732.12 mm。最低值集中分布在石嘴山境内的草原化荒漠类、干荒漠类和灌丛草原类草地，该类草地主要是以红砂(Reaumuriasongarica)、白刺(Nitrariaspp.)等耐寒耐旱小灌木为优势种的草场，盖度极小，降水稀少且下渗严重，因此成为全区草地蒸散最低的区域。六盘山迎风区的山地草甸类草地主要是杂草类草原，植被覆盖度高，且降水丰富，因而成为全区草地蒸散的高值分布区。

变异系数(coefficient of variation,CV)可以从空间上指示草地蒸散的年际波动强弱，图6B显示，近15年宁夏草地蒸散量的变异系数CV介于0.05～0.35，平均值达到0.12，但超过96%的草地CV低于0.15，变异系数总体不高，波动性不强。从空间分布状况来看，高波动性区域主要分布在贺兰山中段的荒漠草原类、灌丛草原类草地，沙坡头区西北部黄河沿岸的荒漠草原类、草原化荒漠类草地，红寺堡-同心一带的荒漠草原类草地和南部山区的部分干草原草地，近15年来上述区域是退耕还林(草)、生态移民和引黄-扬黄灌溉的重点发展区域，人类活动通过改变土地利用类型显著改变了局部地表蒸散过程。低波动性区域集中分布在六盘山地区的山地草甸类草地和灵盐台地的荒漠草原类草地，前者与六盘山地区相对较多的降水和良好的植被覆盖有关，后者则反映了区域封育禁牧的效果。

图6 多年平均ET空间分布(A)与波动特征(B)Fig.6 Spatial distribution of average ET (A) and its coefficient of variation (B) in study area

图7 宁夏草地蒸散与气象要素的空间相关性(A、B、C、D)及显著性检验(E、F、G、H)Fig.7 Correlation (A, B, C, D) between ET and meteorological factors and the significance (E, F, G, H) of grassland in Ningxia A和E分别是蒸散与降水的空间相关性及显著性检验A is the spatial correlation between ET and precipitation， E is the corresponding significance tests；B和F分别是蒸散与饱和水汽压差的空间相关性及显著性检验B is the spatial correlation between ET and vapor pressure deficit， F is the corresponding significance tests； C和G分别是蒸散与气温的空间相关性及显著性检验C is the spatial correlation between ET and air temperature, G is the corresponding significance tests；D和H分别是蒸散与风速的空间相关性及显著性检验D is the spatial correlation between ET and wind speed， H is the corresponding significance tests.

2.2.2蒸散量与气象因素的相关分析 蒸散量与气象因素的相关分析结果(图7)表明，宁夏草地蒸散与降水量总体呈正相关，且相关系数较大，通过5%显著性水平的草地比例高达95.99%，这很好地解释了宁夏草地的蒸散年际波动与降水量变化较为一致的现象。蒸散与降水不相关的草地主要分布在银川平原周边和贺兰山北段，前者主要是引黄灌溉导致土地利用类型变化引起的，后者则与贺兰山地区的煤矿开采活动有关，露天煤矿的大规模开采显著改变地表持水性，地下水位下降，蒸散来源不足。草地蒸散与饱和水汽压差整体上以负相关和不相关为主，其中负相关的比例不足25%。草地蒸散与饱和水汽压差呈负相关的区域主要分布在中卫、吴忠和银川西北部的荒漠草原类和草原化荒漠类草地，这些区域主要为珍珠猪毛菜(Salsolapasserina)、红砂、隐子草(Cleistogenesspp.)和短花针茅(Stipabreviflora)类草地，同时该区域降水稀少，极度干旱；为避免干旱胁迫对植物生理过程产生不可逆的影响，随着饱和水汽压差升高，植物气孔导度下降，抑制蒸腾，减少体内水分消耗，降低草地蒸散。草地蒸散与气温整体上不相关，只有0.73%的草地呈显著负相关，这可能与较短时序的气温变化不显著有关。草地蒸散与风速整体不相关，相关系数均值仅为0.05，呈显著正相关和显著负相关的比例分别仅有2.18%和2.75%。其中，呈显著正相关的区域集中分布在贺兰山北段，该区域主要是分布在石质低山、山麓、谷地及干河床沙地上的蒙古扁桃(Amygdalusmongolica)、杂草类草场，浅层土壤水分不足，植被稀疏，蒸散主要来自地面蒸发，风速对蒸发的正向作用明显。蒸散与风速显著负相关的区域在全区都有零散分布，这部分地区主要是植被盖度较高的草甸草原类、干草原类草地上发展的耕地、人工灌草地及林地，干旱胁迫条件下，风速升高反而不利于植被蒸腾，蒸散与风速显著负相关。

2.3 蒸散变化趋势分析

2.3.1年际蒸散空间变化趋势与检验 从空间上看，2000-2014年，宁夏北部的草地蒸散以减弱趋势为主，降幅自北向南递减；宁夏中部和南部的草地蒸散以增强为主，增幅自北向南递增(图8A)。近15年宁夏草地蒸散的最大降幅为13.19 mm·年-1，最大增幅为21.66 mm·年-1，尽管变化斜率的极差较大，但全区大部分草地的蒸散变化幅度均保持在3 mm·年-1之内，仅南部六盘山地区的山地草甸类和灌丛草甸类草地的蒸散增幅相对较高。

虽然全区草地有77.71%的区域其蒸散呈增强趋势，但F检验的结果显示(图8B)，草地蒸散呈显著增强趋势的面积仅占全区草地面积的10.41%，主要为南部山区的干草原类、灌丛草甸类和山地草甸类草地，中部和北部天然草地上引黄灌溉形成的灌木林地和草地的蒸散也显著增强。尽管全区草地有22.29%的区域其蒸散呈减弱趋势，但达到显著性减弱(P<0.05)的仅有2.62%，主要为贺兰山北段的灌丛草原类和荒漠草原类草地。资料表明[32]，贺兰山北段降水稀少，蒸发旺盛，全区年降水量和年降水日数减少的趋势会导致该区域干旱加剧；另外，贺兰山北段大规模矿产资源开采对微地形、地下水、土壤结构及植被群落都有影响，二者共同作用引起的草地退化可能是该区域蒸散显著下降的原因。

2.3.2蒸散变化趋势的持续特征诊断 宁夏草地蒸散的Hurst指数介于0.325～0.791，平均值为0.527，Hurst指数直方图表现为单峰稍右偏分布，Hurst指数大于0.5的持续性像元数占总像元数的76.17%，呈持续性趋势的像元比例占绝对优势，说明宁夏大部分草地的蒸散未来变化趋势与过去一致，而Hurst指数小于0.5的反持续性像元数仅占总像元数的23.83%，趋势发生反转的像元比例较小(图9A～B和图10)。从空间上看， Hurst指数高于0.55的像元占25.00%，主要是分布在贺兰山北段的灌丛草原类和荒漠草原类草地；而Hurst指数低于0.45的区域仅占3.47%，占比高达71.53%的草地的Hurst指数在0.45～0.55之间，说明近15年全区大部分草地的蒸散存在一种随机波动过程，未来草地蒸散变化趋势可能存在随机性，这可能是短时期内降水的随机波动和人为活动局部干扰共同作用于草地蒸散的结果。蒸散变化斜率与Hurst指数的叠加分析表明(图10)，宁夏中南部的山地草甸类、草甸草原类、灌丛草甸类、干草原类和部分荒漠草原类草地的蒸散将主要呈持续上升的趋势；中北部的荒漠草原类、草原化荒漠类、干荒漠类和灌丛草原类草地的蒸散主要呈持续下降趋势；未来趋势由上升转下降的草地主要分布在中部干旱带，多为干草原、荒漠草原和草原化荒漠；由下降转上升的草地主要分布在北部灌区周边，多为荒漠草原及草原化荒漠。

图8 年际ET变化趋势(A)与显著性检验(B)Fig.8 Spatial distribution of trend (A) and significance test (B) of ET in study area

图9 宁夏草地蒸散的Hurst指数(A)和持续性特征(B)Fig.9 Hurst (A) and sustainability (B) of inter-annual ET of grassland in Ningxia

图10 宁夏草地蒸散的统计直方图Fig.10 Histogram of inter-annual ET of grassland in Ningxia

3 讨论

决定地表蒸散的因素主要有地表入射能量、区域气象条件和地表下垫面条件[33]，土壤含水量不足且其他条件不变时，地表蒸散量主要受水分来源控制[34]，而干旱半干旱地区天然草地的蒸散来源主要依靠降水，故宁夏草地对降水变化尤其敏感。本研究得出，宁夏草地95.99%的区域蒸散与降水显著相关，这与田静等[33]关于中国蒸散决定因素的研究结果一致，也与王鹏涛等[35]关于陕甘宁黄土高原区地表蒸散的影响因素研究得到的结果相近。另外，Feng等[36]指出黄土高原的人类活动(退耕还林还草)是改变区域植被覆盖度和蒸散的主要原因，本研究在蒸散空间分布图中也发现个别地区的土地利用变化对天然草地的蒸散过程有一定影响，如贺兰山东麓和中卫南山台子等，特色葡萄和硒砂瓜种植对区域宁夏草地蒸散的影响较为明显，但由于这种土地利用变化区域分布零散，限于MOD16的空间分辨率，难以对这类区域展开详细分析。

多种模型驱动下的区域蒸散模拟存在一定差异，Feng等[36]利用LPJ、LPJ_GUESS、ORCHIDEE和CLM4CN陆地生态系统模型模拟发现，2000-2010年黄土高原自然条件下的蒸散量没有显著上升趋势[(1.1±2.8) mm·年-1，P=0.71]；田静等[33]利用NOAH 陆面过程模型研究发现我国西北地区的蒸散呈0.25 mm·年-1的增加趋势，该区草地的多年平均蒸散量为289.30 mm，高于MODIS模拟的宁夏草地多年平均蒸散量(228.03 mm)，这与研究区范围有关，但均发现宁夏草地蒸散的变化趋势不显著。Chen等[18]将8种蒸散模型的模拟结果与涡度相关通量观测站点数据进行对比，尽管基于彭曼公式的MOD16模型模拟的蒸散量绝对精度不是最高，但仍可解释61%的实际蒸散量变化，即在研究区域年际蒸散量相对变化时，MOD16有较高的可信度。

对比宁夏各类型草地的月平均蒸散特征发现，植被覆盖度较低的草原化荒漠类、干草原类、干荒漠类、灌丛草原类和荒漠草原类草地的蒸散精度偏低，冬、春季的蒸散普遍高于夏、秋季，这与该地区年内降水分布和太阳辐射特征存在矛盾，何慧娟等[37]在陕西地表蒸散变化的研究中也发现这一现象。通过分析MOD16算法中改进的Penman-Monteith公式可以发现，叶面积指数和低植被覆盖地区表面阻抗的不准确界定导致土壤蒸发量的估算出现偏差，进而影响到MOD16低植被覆盖草原区的反演精度，这与大尺度的MOD16精度验证试验结果一致[20]。因此，随着宁夏区内EC通量观测数据的积累，有必要对低植被覆盖度草地的遥感蒸散数据精度进行验证和校准，准确界定表面阻抗等参数，对遥感蒸散模型的参数进行本地化处理。

4 结论

基于2000-2014年MOD16遥感蒸散数据和同期气象资料，利用回归分析、相关分析和R/S分析等方法，分析了宁夏草地近15年来的蒸散时空特征及演变规律，并讨论了蒸散变化的影响因素，取得如下研究结论：

1)2000-2014年，宁夏草地蒸散量介于177.51～274.43 mm，平均值为228.03 mm；受降水的年际波动影响，全区草地蒸散呈不显著的上升趋势(P>0.05)；不同草地类型的年蒸散量按照“草甸草原类>山地草甸类>灌丛草甸类>干草原类>低湿地草甸类>沼泽类>荒漠草原类>草原化荒漠类>干荒漠类>灌丛草原类”的顺序递减，不同类型草地蒸散的年内动态特征差异明显。

2)宁夏草地多年平均蒸散量具有较强的空间异质性，总体呈现南高北低的分布格局，北部最低为135.84 mm，南部最高可达732.12 mm，但变异系数总体不高，波动性不强，人类生产活动改变土地利用类型对局部蒸散的影响不容忽视。

3)近15年，宁夏北部草地的蒸散以减弱为主，降幅自北向南递减；而中部和南部草地的蒸散以增强为主，增幅自北向南递增，但大部分草地的蒸散变化幅度较小，总体变化趋势不显著。

4)Hurst分析表明，宁夏草地蒸散呈持续性序列的比重为76.17%，反持续性序列占比23.83%，全区草地蒸散的正向特征显著，趋势发生反转的草地比例较小，且多为分布在中部干旱带和灌区周边的草原化荒漠类、荒漠草原类和干草原类草地。

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