全 文 ：　 　 倡 中日合作黑河流域水文过程研究和中国气象局气候变化专项 （CCS F唱２００５唱２唱QH３９）资助
收稿日期 ：２００５唱１０唱２９ 　 改回日期 ：２００５唱１２唱０１
干旱区内陆河流域中游低湿草地蒸散特征 倡
吴锦奎 　丁永建 　王根绪 　沈永平
（中国科学院寒区旱区环境与工程研究所寒旱区流域水文与应用生态实验室 　 兰州 　 ７３００００）
摘 　 要 　 以气象观测资料为基础 ，采用波文比能量平衡法（BREB）对低湿草地的蒸散进行了估算 。 结果表明 ，在一
个完整年度内 ，试验地蒸散量（ET）为 ６１１畅５mm ，日均 １畅６７mm 。 在牧草不同生长季节 ，ET 变化剧烈 ，非生长期 、生
长初期 、生长中期 、生长末期分别为 ０畅５７mm／ d 、２畅０１mm／ d 、３畅８２mm／ d 和 １畅４９mm／ d ，蒸散量分别占全年蒸散总量的
１８畅２６ ％ 、９畅２０ ％ 、６１畅８３ ％ 和 １０畅７１ ％ 。 ET 月变化显示 ，从 ３ 月开始草地蒸散量有所增大 ，６ 月牧草进入生长中期
后蒸散量迅速增大 ，到 ７ 月蒸散量达到最大 ，９ 月牧草进入生长末期 ，蒸散急剧减小 ；随着牧草生长终结和土壤冻
结 ，蒸散量逐步减小 ，在 １１ 月中旬到次年 ２ 月蒸散基本停止 。 蒸散的日内变化规律显示 ，草地蒸散开始于早晨
７ ：００ ～ ８ ：００ ，１３ ：００左右达到最大 ，１９ ：００ ～ ２０ ：００ 蒸散趋于 ０ 。 晴天蒸散强度远大于阴天 。
关键词 　 水文学 　 蒸散 　 低湿草地 　 干旱区 　 内陆河流域
Characteristics of low唱lying wet唱grassland evapotranspiration in the middle reach of the inland river basin of Northwest
China ．WU Jin唱Kui ，DING Yong唱Jian ，WANG Gen唱Xu ，SHEN Yong唱Ping（Lab of Watershed Hydrology and Ecology ，
Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute ， Chinese Academy of Sciences ， Lanzhou
７３００００ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（４） ：１８ ～ ２１
Abstract 　 Low唱lying wet唱grasslands characterized both as grasslands and wetlands possess irreplaceable ecological functions
in the inner river basins of Nor thwest China ． Bowen唱Ratio Energ y Balance（BREB）method was used to calculate evapo唱
t ranspiration（ET）based on meteorological data from low唱lying wet唱grassland in the middle reach of the Heihe River basin
in Hexi Corridor ．Results reveal that ET rate for the period ２００３ to ２００４ for the wet唱grassland is ６１１畅５mm／a and
１畅６７mm／d ．ET varies w ith differen t g row th stages ， with ０畅５７mm／d in No Growth Stage（NGS） ，２畅０１mm／d in Initial
Growth Stage（IGS） ， ３畅８２mm／d in Middle Grow th Stage （MGS） and １畅４９mm／d in End Grow th Stage （EGS） ．ET for
the four growth stages mentioned above respectively accounts fo r １８畅２６ ％ ，９畅２０ ％ ，６１畅８３ ％ and １０畅７１ ％ of the total an唱
nual ET ． In March ， ET begins to increase ，and with the grow th of grass in June ，it increases sharply ， reaching its maxi唱
mum in July ．After July ，ET decreases gradually ． In Sept ．， ET decreases rapidly and stops at EGS in mid Nov ．， which
happens at the freezing of the soil un til Feb ．of the follow ing year ．Hourly ET analysis shows that evapotranspiration be唱
gins at ７ ：００（ for MGS） or ８ ：００（ for EGS） ，and rises to a maximum value at １３ ：００ ，then finally ends at １９ ：００（ for EGS）
or ２０ ：００（ fo r MGS） ． ET intensit y on sunny days is alw ays much higher than that on cloudy days for the same growth
stage ．
Key words 　 Hydrology ， Evapotranspiration ，Low唱lying wet唱grassland ，Arid area ， Inland river basin
（Received Oct ．２９ ，２００５ ；revised Dec ．１ ，２００５）
草地是中国西部地区的主要地被景观类型之一 ，作为地带性植被 ，草地具有不可替代的生态功能 ，对维
持区域生态系统的稳定具有重要作用 。 内陆河流域低湿草地常发育在河流中下游的河湖滩地 、地下水出露
或埋藏浅的洼地 ，由于供水充足 ，草地生长旺盛 ，植被盖度大 ，一般是水草优良的草场［１］ 。 近年来 ，随着绿洲
灌溉引水和地下水开采的增加以及水利设施的完善 ，内陆河流域河道径流减小 ，地下水位下降 ，低湿草地呈
现出萎缩趋势 ，部分已变成干地并被开垦为农田 。 干旱区强烈的蒸发使草地盐碱化程度加大 ，生产力下降 。
低湿草地的退化在国外也有类似的情况 ，并已引起重视［８ ，９］ 。 低湿草地兼有草地和湿地的双重功能 ，恢复难
度大 。 因此 ，尽管在天然草地中所占比例较小 ，但对其进行深入研究并实施相应的保护和合理利用具有重
要意义 。
第 １５卷第 ４ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 　 No ．４
２ ０ ０ ７ 年 ７ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture July ，　 ２００７
蒸散发是流域水分耗散的主要机制 ，约 ２／３ 的降水以自然蒸散发形式回归到大气中［１０］ ，这个比例在干
旱区可能还要高得多［２］ 。 我国干旱区蒸散发研究一直比较薄弱 ，尚没有系统的研究［３］ 。 国内外蒸散的研究
以农作物较多 ，并有了较成熟的方法［１１ ，１２］ 。 草地的蒸散与作物的蒸散有共性［４］ ，因此在研究方法上可参照
作物蒸散的方法 。 波文比能量平衡法是一种精度较高 、应用较为广泛的方法 。 Rana等［１２］和 Todd 等［１３］探
讨了其在干旱半干旱区的应用 ，黄妙芬也从气候学角度对其在绿洲内应用的可靠性进行了探讨［５］ 。 过去已
有学者对不同区域草地的蒸散做了研究［２ ，６ ，７］ ，但总体来说 ，草地蒸散研究还处于试验阶段或单点研究阶段 。
本文以气象观测资料为基础 ，采用波文比能量平衡法（BREB）对草地的蒸散进行了计算 ，为区域水分平衡 、
生态需水量的估算 、草场的科学经营和湿地保护提供基础理论依据 ，也为内陆河流域气候 、水文和生态环境
模型的建立提供数据 。
1 　 研究区域概况和研究方法
试验区位于兰州大学草原生态研究所临泽草地生态试验站内 ，地理位置为 ３９°１５畅０４３′N ，１００°０３畅８７１′E ，海
拔 １３８５m 。 该区地处温带干旱荒漠气候区 ，多年平均降水量为 １２１畅５mm ，７ ～ ９ 月降水约占年降水量的
６０ ％ ，年潜在蒸发量超过 ２３４０mm 。 年平均气温为 ７畅１ ℃ ，无霜期 １６８d ，主风向为 NW 风 ，在春季多有大风和
沙尘暴活动 ，年均风速 ３畅２m／s 。 试验区天然草地中 ，芦苇（ Ph ragmites com munis）和赖草（ Aneurolepidium
dasystachys）为优势种群 ，植被覆盖度在 ８０ ％ 左右 。 试验区土壤为盐渍化草甸土 ，表层土壤 pH 值在 ７畅６ ～
８畅８ 之间 。 试验地周围地下水位在 ０畅２ ～ ２畅０m 之间 ，在春 、秋两季地下水直接出露 ，形成积水 。 由于试验地
降水稀少 ，无灌溉设施 ，地下水补给是草地蒸散水分的最主要来源 。
选取 １０m × １０m 试验小区 ，在其中心位置设 Vaisala MAWS３０１ 自动气象观测站 。 观测 ３ 个梯度（１畅２m 、
４畅１m 和 １０畅６８m）的风速（WS４２５ 型超声风速仪 ，Vaisala ，芬兰） 、气温（HMP４５D 温度探头 ，Vaisala ，芬兰） 、相
对湿度（HMP４５D 相对湿度探头 ，Vaisala ，芬兰） 、辐射（CNR唱１ ，Kipp and Zonen ，荷兰） ，在 ２cm 、５cm 和 １０cm
土壤中设置地温观测 ，此外还对降水进行观测 。 数据每 １０min 自动采集 ，储存在数据采集仪内 ，由计算机取
出 。 试验开始于 ２００３ 年 ８ 月 ２２ 日 ，数据截止日 ２００４ 年 ９ 月 ２４ 日 。 本次分析数据使用 ２００３ 年 ９ 月 １ 日至
２００４ 年 ８ 月 ３１ 日 。
波文比法基于能量平衡原理和梯度扩散方程 ，主要是利用温度梯度和湿度梯度之比将下垫面获得的能
量分成感热通量和潜热通量 。 地表面的热量平衡方程可写成 ：
Rn ＝ LE ＋ H ＋ G （１）
式中 ，Rn 为净辐射（W／m２） ，LE为潜热通量（W／m２ ） ，H 为感热通量（W／m２ ） ，G 为土壤热通量（W／m２） 。
引入波文比 β ：
β ＝
HLE ＝ γ
t１ － t２
e１ － e２ ＝ γ
Δ t
Δ e （２）
式中 ，γ为干湿球常数 ，Δ t 和 Δ e 分别是温度 、水汽压梯度 ，LE可表示为 ：
LE ＝ Rn － G１ ＋ β （３）
土壤热通量由下式求出 ：
G ＝ － λ Δ TΔ Z （４）
式中 ，Z为深度 ，T 为土壤温度 ，λ为土壤热传导率 。
2 　 结果与分析
2畅1 　 不同生长阶段草地蒸散量（ET）的变化分析
表 １ 列出了草地在不同生长时段气象和蒸散量（ET）的特征值 。 从表中可看出 ，在一个完整年度内 ，试
验地 ET 为 ６１１畅５mm ，日均 １畅６７mm 。 在牧草不同生长阶段 ，ET 变化剧烈 。 在非生长期 ，由于辐射小 、气温
低 、相对湿度较大 ，草地的蒸散值很小 ，平均 ０畅５７mm／d ，尽管这一时段历时占全年的 ５０ ％ 以上 ，但蒸散量占
全年蒸散总量的不足 ２０ ％ 。 进入生长初期后 ，由于气温升高 、风速加大和辐射增强 ，草地蒸散随之大幅度增
加 ，ET 达到 ２畅０１mm／d 。 在牧草生长中期 ，气温大幅度升高 ，净辐射量也达到一年中的最大 ，风速较大和相
对湿度较小 ，蒸发增大 ，同时由于牧草处于生长旺季 ，蒸腾作用强烈 ，这些因素都使得 ET 剧烈增加 ，平均达
第 ４期 吴锦奎等 ：干旱区内陆河流域中游低湿草地蒸散特征 １９　
３畅８２mm／d ，这一时段的蒸散量占全年总蒸散量的 ６０ ％ 以上 。 随着气温的降低 、辐射量的减小和相对湿度的
增大 ，蒸发能力减小 ，牧草蒸腾作用也相应减弱 ，在生长末期蒸散量变低 ，为 １畅４９mm／d ，呈明显的下降趋势 。
表 1 　 草地各时段气象要素和蒸散量（ET）的特征值
Tab ．１ 　 Characteristic values of climatic factors and ET of grassland during different growing stages
时 　 段
Stag e
起讫时间
Period
日数 ／d
Day
平均
气温 ／ ℃
M ean
t emperature
平均相对
湿度 ／ ％
Mean relat ive
humidity
风速／m· s － １
Wind speed
净辐射
量 ／W·m － ２·d － １
Net radiation
日均蒸散
量／mm·d － １
Daily mean
evapotranspiration
蒸散总量／mm
To tal evapo唱
t ranspira tion
非生长期 ２００３唱１０唱１５ ～ ２００４唱０４唱２６ １９５ － ０畅８ ５３ １畅５ ２７畅４ ０畅５７ １１１畅７
生长初期 ２００４唱０４唱２７ ～ ２００４唱０５唱２４ ２８ １５畅０ ４０ ２畅２ １０５畅５ ２畅０１ ５６畅３
生长中期 ２００４唱０５唱２５ ～ ２００４唱０８唱３１ ９９ ２０畅８ ５１ １畅７ １３３畅４ ３畅８２ ３７８畅１
生长末期 ２００３唱０９唱０１ ～ ２００３唱１０唱１４ ４４ １３畅６ ５７ １畅１ ５９畅３ １畅４９ ６５畅５
合计 ３６６ ８畅０ ５２ １畅６ ６５畅９ １畅６７ ６１１畅５
2畅2 　 ET的日变化和月变化
图 １ 反映了草地在一个年度内蒸散量（ET）的日变化和月变化情况 。 从图中可以看出 ，从 ２００３ 年 １１ 中
旬到 ２００４ 年 ２ 月（第 １ ～ ６１d和 ３１５ ～ ３６５d） ，蒸散量（ET）维持在一个非常低的水平 ，基本为 ０mm／d ；从 ３ 月
（第 ６１d）开始 ，由于气温升高 ，冻土开始融化 ，蒸发导致草地蒸散量增大 ，３ 月平均蒸散值达到 ０畅７３mm／d ；４
月冻土全面融化 ，蒸散量大幅度增加 ；５ 月牧草开始生长 ；６ 月牧草进入生长中期 ，蒸散量迅速增大 ；７ 月蒸散
量达到最大 ４畅６４mm／d ；９ 月牧草进入生长末期 ，蒸散急剧减小到 １畅６９mm／d ；此后 ，随着牧草生长终结和土
壤冻结 ，蒸散量逐步减小 ，在 １１ 月中旬蒸散基本停止 。
图 1 　 蒸散量（ET）的日变化（a）和月变化（b）
Fig ．１ 　 Daily （a） and monthly （b） variations of evapotranspiration （ET） in a year2畅3 　 ET的日内变化
本研究选取草地牧草在不同生长阶段 、不同天气条件下有代表性的时间来说明 ET 的日内变化（图 ２） 。
图 2 　 典型日蒸散量（ET）的日内变化
　 Fig ．２ 　 Hourly variations of evapot ranspiration （ET）
　 　 　in the typical days in different g rowing stages
图中 ２００４ 年 ７ 月 ９ 日和 ２００４ 年 ７ 月 ２２ 日分别代表牧草生
长中期晴天和阴天 ，２００３ 年 ９ 月 １４ 日和 ２００３ 年 ９ 月 １８ 日
分别代表牧草生长末期晴天和阴天 。 从图 ２ 中看出 ：在生长
中期 ，早晨 ７ ：００ 左右 ，草地开始蒸散并迅速增大 ；１３ ：００ 左
右蒸散达到最大 ，随后蒸散减小 ；２０ ：００ 蒸散达到最小 ，由于
气温的突然降低和空气湿度的增大 ，蒸散体现为凝结过程 ；
此后蒸散有小的上升并维持在一个较低水平 。 晴天时蒸散
率在上午的上升速度与下午的下降速率基本一致 ，呈对称
型 ，阴天体现得较为复杂 。 在生长末期 ，蒸散总体变化趋势
与生长中期基本一致 ，只是在时间和强度上有所差异 。 具体
体现在蒸散开始的时间较生长中期晚 １h ，结束时间早 １h 。
3 　 小 　 结
运用波文比能量平衡法（BREB）对黑河流域中游低湿草地的蒸散量进行了计算 ，结果表明 ，在一个完整
年度内 ，低湿草地蒸散总量为 ６１１畅５mm ，日均 １畅６７mm 。 在牧草不同生长阶段 ，ET 变化剧烈 ，非生长期 、生
２０　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
长初期 、生长中期 、生长末期的 ET 分别为 ０畅５７mm／d 、２畅０１mm／d 、３畅８２mm／d 和 １畅４９mm／d ，其蒸散量分别
占全年蒸散总量的 １８畅２６ ％ 、９畅２０ ％ 、６１畅８３ ％ 和 １０畅７１ ％ 。 ET 呈现出明显的月变化和日变化 。 从 ２００３ 年
１１ 月中旬到 ２００４ 年 ２ 月 ，蒸散量维持在一个非常低的水平 ；从 ３ 月开始 ，蒸发导致草地蒸散量有所增大 ；４
月蒸散量大幅度增加 ；６ 月牧草进入生长中期 ，蒸散量迅速增大 ，７ 月蒸散量达到最大 ；９ 月牧草进入生长末
期 ，蒸散急剧减小 ；此后 ，随着牧草生长终结和土壤冻结 ，蒸散量逐步减小 ，在 １１ 月中旬蒸散基本停止 。 对
ET 日内变化分析可知 ，草地蒸散开始于早晨 ７ ：００ ～ ８ ：００ ，在 １３ ：００ 左右达到最大 ，１９ ：００ ～ ２０ ：００ 蒸散趋于
０ ，晴天蒸散强度远大于阴天 。
致谢 　 日本人类与自然研究所提供了气象观测仪器 ，同时感谢该所 J ．Kubota 博士 、T ．Nagano 博士和京都大
学 Y ．Yamazaki博士在野外的辛苦工作 。
参 　 考 　 文 　 献
１ 　 陈隆亨 ，曲耀光 ．河西地区水土资源及其合理开发应用 ．北京 ：科学出版社 ，１９９２
２ 　 王书功 ，康尔泗 ，金博文 ，等 ．黑河山区草地蒸散发量估算方法研究 ．冰川冻土 ，２００３ ，２５（５） ：５５８ ～ ５６５
３ 　 康尔泗 ，程国栋 ，宋克超 ，等 ．河西走廊黑河山区土壤唱植被唱大气系统能水平衡模拟研究 ．中国科学 D辑 （地球科学） ，２００４ ，３４（６） ：５４４
４ 　 赵炳祥 ，陈佐忠 ，胡 　 林 ，等 ．草坪蒸散研究进展 ．生态学报 ，２００３ ，２３（１） ：１４８ ～ １５７
５ 　 黄妙芬 ．绿洲荒漠交界处波文比能量平衡法适用性的气候学分析 ．干旱区地理 ，２００１ ，２４（３） ：２５９ ～ ２６４
６ 　 宋炳煜 ．草原区不同植物群落蒸发蒸腾的研究 ．植物生态学报 ，１９９５ （４） ：３１９ ～ ３２８
７ 　 宋克超 ，康尔泗 ，金博文 ，等 ．黑河流域山区植被带草地蒸散发试验研究 ．冰川冻土 ，２００４ ，２６（３） ：３４９ ～ ３５６
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第 ４期 吴锦奎等 ：干旱区内陆河流域中游低湿草地蒸散特征 ２１