《Frontiers in Environmental Science》：Quantifying historical trends and future projections of evapotranspiration in arid central Asia using selected CMIP6 and GLEAM
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本文利用全球陸地蒸發阿姆斯特丹模型（GLEAM）分析歷史（1985-2014年）數據，并結合基于距離觀測與模擬指數（DISO）篩選的五組CMIP6最優模型對未來（2021-2100年）在四種共享社會經濟路徑（SSP）情景下的變化進行預估，系統評估了中亞干旱區（ACA）蒸散量（ET）的時空演變規律及其與氣候驅動因子的關系。研究指出，ET的持續增加（尤其在SSP5-8.5情景下）將重塑區域水循環，對水資源安全、生態系統及“One Health”構成挑戰，強調了適應性水管理的緊迫性。
蒸散量（ET）是陸地水、能量和碳循環的核心組成部分，調控著地-氣相互作用，對區域至全球尺度的植被動態、水文過程和氣候變化具有重要影響。本研究聚焦于中亞干旱區（ACA），該區域社會生態系統脆弱，對ET動態極為敏感。研究綜合使用全球陸地蒸發阿姆斯特丹模型（GLEAM）數據和23個CMIP6地球系統模型的輸出，通過距離觀測與模擬指數（DISO）指標篩選出適用于ACA的五個最優模型，進行了從歷史到未來的多時間尺度綜合評估。
1 歷史時期（1985-2014年）ET的時空變化
歷史分析表明，1985年至2014年間，無論是GLEAM數據（ETa）還是CMIP6多模型集合（MME）均顯示ET顯著增加，趨勢率分別為0.43 mm/a和0.98 mm/a（p < 0.05）。從季節來看，增長速率存在差異，GLEAM數據中春季增長最快（0.2 mm/a），而MME數據顯示春季和夏季增長最為顯著。空間上，ETa顯著增加的區域約占24%，主要集中在準噶爾盆地和天山山脈；而ET減少的區域約占4%，位于哈薩克斯坦里海沿岸低地北部等地。MME則顯示76%的區域ET呈上升趨勢。曼-肯德爾（MK）趨勢檢驗識別出多個突變點年份，如2002、2004和2014年。
2 未來時期（2021-2100年）不同情景下的ET變化
對未來在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5四種情景下的ET進行了預估。結果表明，在除SSP1-2.6外的三種情景下，未來年ET均呈現顯著上升趨勢，其中SSP5-8.5情景下趨勢率最高，達0.79 mm/a。在SSP1-2.6情景下，年ET變化趨勢不顯著（0.06 mm/a）。從生長季看，SSP1-2.6情景下ACA有48%的區域ET減少，主要位于哈薩克斯坦；而在SSP5-8.5情景下，ET減少區域比例降至15%，顯著增加區域集中在昆侖山脈。空間上，在高排放情景下（如SSP5-8.5），超過85%的區域ET顯著增加，主要分布在哈薩克斯坦北部、吉爾吉斯斯坦與塔吉克斯坦邊境以及新疆昆侖山地區。季節變化顯示，春季和夏季的ET變化對情景的增強最為敏感，而秋季和冬季在四種情景下均呈現顯著上升趨勢，且在SSP5-8.5情景下增幅最大。
3 ET與氣溫、降水的關系
氣候變化是影響區域水熱分布的關鍵環境因子，其中氣溫和降水是ET最主要的氣候驅動因子。研究發現，在2021-2100年期間，ET與氣溫呈顯著正相關，在SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下相關系數約為0.7。空間上，在吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦和新疆南部，ET與氣溫呈現0.5–0.7的強正相關；而在烏茲別克斯坦和土庫曼斯坦部分地區則觀察到顯著的負相關。ET與降水的相關性整體低于氣溫，在SSP1-2.6情景下相關系數為0.52，在其他情景下約為0.45。這表明，氣溫變化對ET的影響比降水變化更為顯著。然而，在水分受限的環境中，氣溫升高可能加劇土壤水分消耗，反而抑制實際ET，呈現復雜的非線性關系。
4 討論
4.1 利用NISAR土壤濕度數據進行新一代ET監測
即將到來的NISAR任務將提供200米分辨率的土壤濕度產品，有望改變中亞地區的ET監測。這些高分辨率數據可用于改進陸面模型、驗證CMIP6 ET預估，并支持精準灌溉管理、干旱預警等應用，對ACA的可持續水資源管理至關重要。
4.2 未來不同情景下ET的不確定性分析
研究量化了不同SSP情景下ET的不確定性（以模型間標準差表示）。結果表明，ET不確定性隨時間推移和排放強度的增加而顯著增加。在低排放的SSP1-2.6情景下，不確定性較低，模型間一致性較強；而在高排放的SSP5-8.5情景下，尤其是在世紀末期，不確定性大幅增加，在哈薩克斯坦北部等地標準差超過50毫米。空間上，ACA中部和西部的山區不確定性始終高于東部平原，這反映了復雜地形區域對氣候變化的敏感性更高，也凸顯了減排對于降低水文不確定性的重要性。
4.3 氣候因子對ET時空變異的影響
總體而言，在大多數SSP情景下，未來ACA的ET預計將增加，這主要由氣溫上升和降水格局變化驅動。然而，ET的響應存在顯著的空間異質性和季節差異。在水分受限的夏季，升溫可能因加劇土壤干旱而導致ET增長受限甚至下降。降水與ET的關系也可能因降水形態（如降雪）、土壤特性等因素而脫鉤。這些發現與全球其他干旱區和高海拔地區的研究相一致，強調了ACA地-氣相互作用的復雜性。
4.4 從“One Health”視角看ET對中亞人獸共患病的影響
從“One Health”（一體化健康）視角來看，ET的變化不僅能通過影響植被生產力、土壤濕度和近地表溫濕度來塑造宿主（如嚙齒動物）的棲息地適宜性，還可能間接影響病原體的存活條件，從而改變人獸共患病的傳播風險。在ACA和新疆地區，ET所反映的生態水文過程差異常與生態系統類型和生境條件相對應，這些環境因子與宿主分布、病原體活力的相互作用，共同決定了疾病的風險格局。氣候變化預計將進一步改變ACA的水分和能量收支，從而可能通過改變ET模式來重塑區域生態系統結構和人獸共患病風險景觀。未來的研究應將ET等環境指標納入多因子分析模型，整合高分辨率環境數據與流行病學記錄，以更好地評估不同氣候情景下的疾病風險。
5 結論
本研究量化了ACA地區ET的歷史和未來變化。歷史時期（1985-2014）ET顯著增加，未來時期在除最低排放情景外均呈現持續上升趨勢，且在SSP5-8.5高排放情景下增幅最大。ET變化存在明顯的空間異質性和季節性差異。氣溫被確定為所有情景下ET的主要驅動因子，而ET與降水的耦合關系在強增溫情景下減弱，表明大氣需求將日益主導地表水分流失。這些變化預示著流域尺度的水平衡將被重塑，可能加劇季節性水分短缺。研究結果強調了在ACA這一高度脆弱的干旱區，采取適應性灌溉調度、水庫管理和干旱風險緩解策略，以維持水安全、生態系統可持續性和從“One Health”角度防范相關健康風險的緊迫性。
