張桉赫， 丁建麗， 張鈞泳， 董 煜

（1.新疆大學(xué)智慧城市與環(huán)境建模自治區(qū)普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830046； 2.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046； 3.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830046；4.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆烏魯木齊 830054）

0 引言

蒸散發(fā)是氣候系統(tǒng)的一個(gè)核心過程，對(duì)于地球大氣系統(tǒng)的能量收支和水平衡變化至關(guān)重要，區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間序列的蒸散發(fā)變化是生態(tài)水文研究的焦點(diǎn)問題［1-2］。尤其在西北干旱-半干旱區(qū)，由于遠(yuǎn)離海洋，水汽含量較低，大約有90% 的水分通過蒸散發(fā)進(jìn)入大氣中參與水文過程［3］，蒸散發(fā)對(duì)于區(qū)域水資源評(píng)價(jià)、農(nóng)業(yè)灌溉、旱情監(jiān)測(cè)及鹽漬化等問題具有重要意義［4］。近年來，有學(xué)者對(duì)西北干旱-半干旱區(qū)不同尺度的潛在蒸散發(fā)和實(shí)際蒸散發(fā)進(jìn)行了研究。在較大尺度區(qū)域上，董煜等［5］指出新疆的潛在蒸散量呈下降趨勢(shì)，而艾比湖流域的相關(guān)研究顯示，該區(qū)域的潛在蒸散量與新疆整體變化趨勢(shì)較為一致，表現(xiàn)出顯著的下降趨勢(shì)［6-7］。在實(shí)際蒸散量的研究中，騫東南等［8］基于互補(bǔ)相關(guān)理論，發(fā)現(xiàn)塔里木河流域?qū)嶋H蒸散量與潛在蒸散量呈現(xiàn)良好的互補(bǔ)關(guān)系，實(shí)際蒸散量為上升趨勢(shì)；代鵬超等［9］使用基于遙感的SEBAL 模型發(fā)現(xiàn)精河流域?qū)嶋H蒸散量為下降趨勢(shì)，水域和耕地具有較高的實(shí)際蒸散量。以上關(guān)于干旱-半干旱區(qū)蒸散發(fā)的研究多集中于蒸散發(fā)本身的變化趨勢(shì)，而缺少蒸散發(fā)與其他環(huán)境因素關(guān)系的探討和分析，尤其是隨著人類對(duì)地球陸地表面的改造不斷加劇，土地利用/覆被變化所引起的水資源危機(jī)越來越受到學(xué)者的重視［10-11］。

土地利用/覆被變化影響著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，是影響區(qū)域蒸散發(fā)的重要因子。Liu 等［12］指出20 世紀(jì)人類對(duì)耕地的開發(fā)是影響水資源的最主要的人為驅(qū)動(dòng)力；Yan 等［13］發(fā)現(xiàn)水體和稻田的實(shí)際蒸散量較大，而城鎮(zhèn)用地的實(shí)際蒸散量最小。利用景觀格局描述土地利用/覆被變化，能夠較好地反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的異質(zhì)性和人與自然間的相互作用。景觀格局方法可以高度濃縮景觀格局信息，反映景觀組成結(jié)構(gòu)和空間支配特征。目前，已經(jīng)有學(xué)者對(duì)艾比湖綠洲景觀格局與水質(zhì)、氣溶膠等進(jìn)行了探討［14-15］。作為區(qū)域陸面水循環(huán)中重要水文過程的蒸散發(fā)，受土地利用/覆被變化的影響顯著，尤其是農(nóng)地和未利用地的擴(kuò)大會(huì)增加地表蒸散量［16］。運(yùn)用景觀格局分析方法能夠從較大尺度定量分析區(qū)域景觀格局變化，從而在一定程度上反映出實(shí)際蒸散量對(duì)景觀格局變化的響應(yīng)。

艾比湖綠洲是新疆重要的農(nóng)業(yè)區(qū)，同時(shí)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，其環(huán)境變化對(duì)生態(tài)水文過程的影響具有獨(dú)特性［17］。因此，本研究選取艾比湖綠洲為研究區(qū)，探討該區(qū)域?qū)嶋H蒸散量與景觀格局的關(guān)系，以期從一個(gè)新的角度去分析和理解區(qū)域蒸散發(fā)的變化特征，為當(dāng)?shù)厮Y源管理和土地利用規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

艾比湖綠洲如圖1所示，其位于天山西北麓、準(zhǔn)噶爾盆地西南部，包括阿拉山口市、博樂市、溫泉縣和精河縣，大致范圍在43°38′～45°52′N，79°53′～85°02′E。研究區(qū)日平均氣溫6～8 ℃，年日照時(shí)數(shù)約為2 800 h，多年平均降水量為164.1 mm，年平均蒸發(fā)能力達(dá)到3 790 mm以上，大風(fēng)天氣較多。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Map of the study area

2 數(shù)據(jù)與方法

（1）數(shù)據(jù)來源

精河站、博樂站、溫泉站和阿拉山口站的氣象數(shù)據(jù)來自于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（http://cdc.cma.gov.cn），獲取各站點(diǎn)1960—2013 年逐月的平均氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)等氣象要素，將四個(gè)站點(diǎn)的各氣象要素平均值用于實(shí)際蒸散量的計(jì)算。季節(jié)劃分為春季（3—5 月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至次年2月）。

研究區(qū)遙感影像采用Landsat系列衛(wèi)星，選取無云、植被生長(zhǎng)較好的四期影像，在ENVI 中進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、拼接、裁剪等操作，使用監(jiān)督分類法進(jìn)行影像土地利用/覆被分類。

（2）實(shí)際蒸散量計(jì)算

Budyko［18］假設(shè)流域中長(zhǎng)時(shí)間序列的年蒸散發(fā)由降水及輻射能量決定，即E/P=f（E0/P）=f（ω），其中P為平均年降水量，E為實(shí)際蒸散發(fā)，E0為潛在蒸散發(fā)，則蒸發(fā)指數(shù)δ=E/P。E0用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織推薦的Penman-Monteith 公式進(jìn)行計(jì)算［19］。Budyko［18］根據(jù)應(yīng)用實(shí)踐揭示長(zhǎng)期平均蒸散發(fā)指數(shù)表達(dá)的曲線函 數(shù)，即Budyko 曲線方程Φ=［δtanδ-1×（1-cosδ+。在極端干旱條件下，降水完全被蒸發(fā)至大氣，降水量認(rèn)為等于實(shí)際蒸發(fā)量，因此E0/P→∞，E/P→1，因此利用潛在蒸散發(fā)估算實(shí)際蒸散量的公式［19］為

（3）實(shí)際蒸散量分析方法

使用R/S 法［20］計(jì)算Hurst 指數(shù)H，用來表征實(shí)際蒸散量時(shí)間序列的持續(xù)性。H=0.5時(shí)表明時(shí)間序列是隨機(jī)變化的；0.5＜H＜1 時(shí)，表明時(shí)間序列具有正的持續(xù)性，H越接近于1，序列的正持續(xù)性越強(qiáng)；0＜H＜0.5 時(shí)，表明時(shí)間序列具有負(fù)的持續(xù)性，H越接近于0，序列的反持續(xù)性越強(qiáng)。使用Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)［21］分析實(shí)際蒸散量的突變點(diǎn)，變差系數(shù)Cv和偏態(tài)系數(shù)Cs用于分析實(shí)際蒸散量的離散程度和分布狀況。以上方法通過MATLAB編程和SPSS軟件實(shí)現(xiàn)。

（4）景觀格局指數(shù)計(jì)算

本研究結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，并參考過去的相關(guān)研究成果［14，22-23］，選擇了一些較為常用且意義較為明確的景觀格局指數(shù)，具體景觀格局指數(shù)如表1所示，由Fragstats 4.2軟件計(jì)算。

表1 景觀格局指數(shù)的公式及描述Table 1 Landscape pattern indices’formulae and their descriptions

3 結(jié)果與分析

3.1 艾比湖綠洲實(shí)際蒸散量年際及季節(jié)變化

艾比湖綠洲1960—2013 年全年實(shí)際蒸散量的變化趨勢(shì)如圖2 所示。實(shí)際蒸散量呈上升趨勢(shì)，變化速率為7.76 mm·（10a）-1，多年平均值為162.97 mm，最小值為69.04 mm（1969 年），最大值為256.09 mm（2012年）。變差系數(shù)Cv為0.24，說明年實(shí)際蒸散量序列離散程度較小；偏態(tài)系數(shù)Cs為0.14，說明年實(shí)際蒸散量序列為正偏分配。Hurst指數(shù)H=0.76，說明年實(shí)際蒸散量序列具有正的持續(xù)性，即過去的一個(gè)增長(zhǎng)趨勢(shì)意味著將來的一個(gè)增長(zhǎng)趨勢(shì)，且序列的正持續(xù)性較強(qiáng)。非參數(shù)Mann-Kendall 單調(diào)趨勢(shì)檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量︱z︱=0.2048＞z（0.05）=0.1836，說明研究區(qū)年實(shí)際蒸散量具有顯著的增加趨勢(shì)。由于艾比湖綠洲處于干旱區(qū)，由式（1）可知，該區(qū)域的降水量幾乎都被蒸發(fā)，隨著降水量的不斷增加，實(shí)際蒸散量也呈現(xiàn)為增加趨勢(shì)。

圖2 1960—2013年艾比湖綠洲實(shí)際蒸散量變化趨勢(shì)Fig.2 Trend of the actual evapotranspiration in the Ebinur Lake oasis during 1960—2013

表2為艾比湖綠洲各年代際的實(shí)際蒸散量。實(shí)際蒸散量從20世紀(jì)60年代到2000年以后整體為增加趨勢(shì)，但20 世紀(jì)90 年代的實(shí)際蒸散量與80 年代相比出現(xiàn)了下降。20 世紀(jì)60—70 年代和90 年代的實(shí)際蒸散量均為負(fù)距平，這些時(shí)期的實(shí)際蒸散量要小于多年平均值，而20 世紀(jì)80 年代和2000 年以后均為正距平，這兩個(gè)時(shí)期的實(shí)際蒸散量比多年平均更大，其中從2000 年以后開始轉(zhuǎn)為最大的正距平，說明這一時(shí)期的實(shí)際蒸散量的增加較為顯著。

表2 艾比湖綠洲實(shí)際蒸散量年際與季節(jié)變化（單位：mm）Table 2 Interannual and seasonal variation of the actual evapotranspiration in the Ebinur Lake oasis（unit：mm）

由于艾比湖綠洲冬季氣溫均在0 ℃以下，氣候寒冷干燥，實(shí)際蒸散量極低，因此本研究只分析春季、夏季和秋季的實(shí)際蒸散量變化特征。三個(gè)季節(jié)中，1960—2013 年夏季的平均實(shí)際蒸散量最高，為22.75 mm，秋季最低為10.44 mm。夏季和秋季實(shí)際蒸散量的變化趨勢(shì)與全年的變化趨勢(shì)一致，均為上升趨勢(shì)，而春季實(shí)際蒸散量為下降趨勢(shì)，且變化幅度較小。秋季2000 年以后實(shí)際蒸散量與20 世紀(jì)60 年代相比增長(zhǎng)最大，增幅達(dá)到77.7%，夏季實(shí)際蒸散量在20 世紀(jì)60—90 年代均為不斷減小的負(fù)距平，2000 年以后轉(zhuǎn)為正距平，而秋季在20 世紀(jì)80 年代和2000年以后均出現(xiàn)了正距平，說明夏季實(shí)際蒸散量為持續(xù)的增加趨勢(shì)，并且在2000年以后增加的更為明顯，而秋季實(shí)際蒸散量在整個(gè)年代際中波動(dòng)較為明顯。

對(duì)艾比湖綠洲全年以及春季、夏季和秋季的實(shí)際蒸散量進(jìn)行Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)（圖3），研究區(qū)實(shí)際蒸散量在20 世紀(jì)60—80 年代變化不明顯，而從80年代以來，實(shí)際蒸散量有一個(gè)明顯的上升趨勢(shì)，尤其是在2003 年之后，這種增加的趨勢(shì)均超過了顯著性水平0.05臨界線，說明實(shí)際蒸散量的增加趨勢(shì)是顯著的。而通過觀察UF 和UB 交點(diǎn)的位置可以確定實(shí)際蒸散量是從1987 年開始突變性增加的。對(duì)1960—1986 年和1987—2013 年這兩個(gè)時(shí)期的實(shí)際蒸散量進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果為︱t0︱=2.902＞t0.01=2.674，說明這兩個(gè)時(shí)期的實(shí)際蒸散量具有顯著差異，1987 年為突變點(diǎn)。春季實(shí)際蒸散量不存在突變點(diǎn)，夏季和秋季的突變性增加年份分別為1992年和1975 年。對(duì)全年以及春季、夏季和秋季的降水量進(jìn)行Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)（圖4），發(fā)現(xiàn)年際、夏季和秋季的降水量的突變年份與實(shí)際蒸散量的突變年份一致，均為1987 年、1992 年和1975 年，春季同樣不存在突變點(diǎn)，說明艾比湖綠洲降水量的變化趨勢(shì)對(duì)于實(shí)際蒸散量的變化影響很大。全年實(shí)際蒸散量在突變后的均值比突變前的均值增加了29.97 mm，增長(zhǎng)幅度為20.25%，夏季和秋季實(shí)際蒸散量在突變后比突變前分別增長(zhǎng)了21.88% 和39.91%。

圖3 艾比湖綠洲實(shí)際蒸散量Mann-Kendall突變檢驗(yàn)Fig.3 Interannual and seasonal Mann-Kendall mutation test for the actual evapotranspiration in the Ebinur Lake oasis

圖4 艾比湖綠洲降水量Mann-Kendall突變檢驗(yàn)Fig.4 Interannual and seasonal Mann-Kendall mutation test for the precipitation in the Ebinur Lake oasis

3.2 艾比湖綠洲土地利用變化

本研究利用ENVI 軟件，依據(jù)全國(guó)土地資源分類系統(tǒng)和研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀，將研究區(qū)土地利用/覆被劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、荒漠和鹽漬地這7 個(gè)土地利用/覆被類型，通過支持向量機(jī)分類與人工目視解譯相結(jié)合的方法進(jìn)行分類，基于混淆矩陣法和野外采樣點(diǎn)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，分類總精度均大于85%，可以進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

圖5為四個(gè)時(shí)期研究區(qū)各地類的面積，可以看出四個(gè)時(shí)期中荒漠占主導(dǎo)地位，其面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他地類的面積，四期所占比重均超過50%，耕地與城鎮(zhèn)建設(shè)用地持續(xù)增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)幅度較大，2013 年其面積比1990 年分別增長(zhǎng)了409.69% 和704.56%，林地、草地和水域的面積均為波動(dòng)下降的趨勢(shì)，鹽漬地面積則為波動(dòng)增加的趨勢(shì)。表3為1960—2013年艾比湖綠洲土地利用/覆被轉(zhuǎn)移矩陣，可以看出1990—1997 年間，新增耕地面積中來源于草地的面積占到33.06%，來源于荒漠的面積則占到39.25%，林地和草地面積的減少主要轉(zhuǎn)化為荒漠和耕地，城鎮(zhèn)面積的增長(zhǎng)主要來源于荒漠，而增加的鹽漬地面積中有85.17% 都來源于荒漠；1997—2006 年新增耕地面積中有37.48% 來源于荒漠，有28.57% 來源于草地，而有64.65% 的新增草地面積來源于荒漠，新增城鎮(zhèn)面積的主要來源還是荒漠，水域面積的增長(zhǎng)主要來源于鹽漬地；2006—2013 年間，大量減少的草地面積主要轉(zhuǎn)化為耕地和部分林地，荒漠持續(xù)轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地，而鹽漬地的增長(zhǎng)主要來源于水域的減少，并且部分草地也轉(zhuǎn)化為了鹽漬地；從1990—2013 年來看，荒漠始終是新增耕地和新增城鎮(zhèn)用地面積的最主要來源，其比例均超過了50%，鹽漬地的增加除了部分來源于荒漠外，水域面積的減少也是重要因素，草地退化較為嚴(yán)重，有60.42% 的草地都變?yōu)榛哪?，整體上艾比湖綠洲的天然植被呈現(xiàn)不斷減少的趨勢(shì)，而耕地、城鎮(zhèn)用地這些人工綠洲呈逐漸增加的趨勢(shì)。1990—2013 年間的土地利用/覆被變化與氣候變化和人類活動(dòng)關(guān)系密切。強(qiáng)烈的蒸發(fā)和較少的降雨造成艾比湖綠洲的荒漠景觀占主導(dǎo)地位，林地和草地的波動(dòng)下降可能與該區(qū)域太陽輻射量下降［24］以及人工綠洲的擴(kuò)張有關(guān)，而水域和鹽漬地的面積變化與遙感影像當(dāng)年的氣候狀況有關(guān)，具有一定的不確定性；隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，耕地和城鎮(zhèn)建設(shè)用地的大幅度增加則為人類活動(dòng)導(dǎo)致。

圖5 艾比湖綠洲地類的面積變化Fig.5 Change of land use/cover area in the Ebinur Lake oasis

表3 1990—2013年艾比湖綠洲土地利用/覆被轉(zhuǎn)移矩陣（單位：km2）Table 3 Transition matrix of land use/cover in the Ebinur Lake oasis during 1990—2013（unit：km2）

3.3 艾比湖綠洲景觀格局變化

由表4 各時(shí)期景觀格局指數(shù)可以看出，斑塊類型級(jí)別上，草地?fù)碛凶疃嗟陌邏K數(shù)量NP 和最大的斑塊密度PD，水域的斑塊數(shù)量最少，說明草地的破碎度最高，水域由于位置相對(duì)固定，破碎度最低；斑塊密度PD 與林地、草地和荒漠的面積的變化趨勢(shì)相反，而與其他地類的面積變化較為一致；荒漠的最大斑塊指數(shù)LPI 最高，說明艾比湖綠洲盡管人工綠洲不斷擴(kuò)大，但整體上荒漠還是占據(jù)整個(gè)景觀類型的主導(dǎo)地位，LPI 與各土地利用/覆被類型的面積的變化趨勢(shì)均較一致；草地具有最高的景觀形狀指數(shù)LSI，說明草地的形狀構(gòu)成最為復(fù)雜，而形狀相對(duì)固定的水域的LSI 最低；由于艾比湖綠洲處于干旱區(qū)，許多植被受制于水的分布而彼此鄰近，因此各土地利用/覆被類型的散布與并列指數(shù)IJI 普遍較高，而鹽漬地多圍繞湖泊與耕地分布，因此其IJI 值相對(duì)較低；城鎮(zhèn)的面積相對(duì)集中，因此具有最高的聚集度指數(shù)AI，而較為分散的草地AI值最低。

表4 1990—2013年艾比湖綠洲斑塊類型級(jí)別的景觀格局指數(shù)Table 4 Landscape pattern indices at patch types level in the Ebinur Lake oasis during 1990—2013

由表5可知，景觀級(jí)別上，各景觀格局指數(shù)均為波動(dòng)增加趨勢(shì)。其中斑塊數(shù)量NP 從1990 年的182 671 個(gè)增加到2013 的214 072 個(gè)，景觀破碎度增大；斑塊密度PD 在1990 年最低，僅為3.87 個(gè)·km-2，而在之后的三個(gè)時(shí)期均大于4 個(gè)·km-2；香農(nóng)多樣性指數(shù)SHDI 在1997 年最低，說明這一時(shí)期土地利用較為單一，破碎化程度較低，其不確定性的信息含量較小，而SHDI在2006年出現(xiàn)最大值，說明這一時(shí)期土地利用復(fù)雜，不確定性高；蔓延度指數(shù)CONTAG的最大值出現(xiàn)在1997年，說明這一時(shí)期斑塊類型形成了較好的連接性，破碎度較低；各時(shí)期中景觀連通性指數(shù)COHESION 均較高，艾比湖綠洲整體上的景觀連通較好。

表5 1990—2013年艾比湖綠洲景觀級(jí)別的景觀格局指數(shù)Table 5 Landscape pattern indices at landscape level in the Ebinur Lake oasis during 1990—2013

3.4 實(shí)際蒸散量與景觀格局指數(shù)的相關(guān)性

為分析艾比湖綠洲1990—2013 年不同地類景觀格局指數(shù)與實(shí)際蒸散量的關(guān)系，將不同地類的景觀格局指數(shù)與當(dāng)年實(shí)際蒸散量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表6 所示。在各地類中，水域的各景觀格局指數(shù)與實(shí)際蒸散量的相關(guān)性普遍較高，而林地的各景觀格局指數(shù)與實(shí)際蒸散量的相關(guān)性普遍較低，其他地類的各景觀格局指數(shù)與實(shí)際蒸散量的相關(guān)性差別不大。在各地類的景觀格局指數(shù)與實(shí)際蒸散量的相關(guān)系數(shù)中，僅有水域的NP 和PD 與實(shí)際蒸散量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.981（P＜0.05），說明大面積的水域?qū)τ诋?dāng)?shù)睾B(yǎng)水分、抑制蒸散具有十分重要的作用。景觀級(jí)別上，各景觀格局指數(shù)與實(shí)際蒸散量的相關(guān)系數(shù)如表7 所示。選取的8 個(gè)景觀格局指數(shù)中，實(shí)際蒸散量與LPI、CONTAG 和COHESION 呈負(fù)相關(guān)，與其他指數(shù)呈正相關(guān)；AI 與實(shí)際蒸散量的相關(guān)性最高，達(dá)到0.953（P＜0.05），表明區(qū)域景觀格局越集中，實(shí)際蒸散量會(huì)越高；NP 和PD 的相關(guān)性最低，僅為0.148。斑塊數(shù)量NP、香農(nóng)多樣性指數(shù)SHDI、景觀連通性指數(shù)CONTAG、散布與并列指數(shù)IJI 和聚集度指數(shù)AI 均表征了景觀的破碎程度，但這些景觀格局指數(shù)與實(shí)際蒸散量既有正相關(guān)也有負(fù)相關(guān)，說明景觀格局的破碎程度雖與實(shí)際蒸散量普遍具有較好的相關(guān)性，但其對(duì)實(shí)際蒸散量的影響還具有較大的不確定性。所選的8個(gè)景觀格局指數(shù)中，僅有AI與實(shí)際蒸散量的相關(guān)系數(shù)具有顯著性，艾比湖綠洲土地利用/覆被集中程度的提高也在一定程度上增加了該區(qū)域的實(shí)際蒸散量。

表6 艾比湖綠洲各地類不同景觀格局指數(shù)與實(shí)際蒸散量的相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficients between different landscape pattern indices of different land use/cover and the actual evapotranspiration in the Ebinur Lake oasis

4 討論

因?yàn)檩^難通過儀器測(cè)定足夠數(shù)量的、可靠的實(shí)際蒸散量數(shù)據(jù)，目前多采用模型計(jì)算方式獲取實(shí)際蒸散量值［25］。較為常用的實(shí)際蒸散量計(jì)算方法包括AA 模型、GG 模型、CRAE 模型［26］和傅抱璞公式［27］等，本研究使用Budyko曲線進(jìn)行實(shí)際蒸散量計(jì)算，其在較大的時(shí)空尺度下估測(cè)長(zhǎng)時(shí)間序列的蒸發(fā)指數(shù)，精度較高，誤差較少［19］。但相較于SEBAL 等基于遙感的蒸散發(fā)模型，該方法只能反映出一個(gè)區(qū)域整體的實(shí)際蒸散量，缺乏關(guān)于空間上的表達(dá)，無法對(duì)于不同土地利用/覆被下的蒸散量做出分析，在過去的研究中，已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)不同土地利用/覆被狀況下的蒸散發(fā)有較大差異［9，16］，因此在今后的研究中可使用基于遙感的蒸散發(fā)模型對(duì)于艾比湖綠洲不同土地利用/覆被下的實(shí)際蒸散量變化做更為深入的分析。

在全球變暖的背景下，全球?qū)嶋H蒸散量理論上應(yīng)該表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，然而全球許多地點(diǎn)觀測(cè)到的實(shí)際蒸散量卻為穩(wěn)定的下降趨勢(shì)［28］，關(guān)于出現(xiàn)的“蒸發(fā)悖論”，有學(xué)者指出這可能是由于全球太陽輻射與風(fēng)速的下降和潛在蒸散量與實(shí)際蒸散量的互補(bǔ)關(guān)系導(dǎo)致的［29］。本文中實(shí)際蒸散量為增加趨勢(shì)，沒有出現(xiàn)“蒸發(fā)悖論”，一方面可能是由于艾比湖綠洲地處西北干旱區(qū)，荒漠占主導(dǎo)地位，雖然西北地區(qū)的風(fēng)速有較為明顯的下降［30］，但蒸發(fā)強(qiáng)烈，氣候干燥，實(shí)際蒸散發(fā)與潛在蒸散發(fā)難以形成有效互補(bǔ)，隨著全球氣候的變暖，干旱區(qū)的蒸發(fā)會(huì)更強(qiáng)烈［31］。董煜［19］對(duì)1960—2013 年各氣候因子對(duì)實(shí)際蒸散量的相對(duì)貢獻(xiàn)率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)降水量的相對(duì)貢獻(xiàn)率到達(dá)50% 以上，其次是風(fēng)速。艾比湖綠洲顯著增加的降雨量是該區(qū)域?qū)嶋H蒸散量呈增加趨勢(shì)的一個(gè)重要原因。另一方面，人類活動(dòng)也在一定程度上影響了下墊面的蒸散量變化。有大量研究表明在過去幾十年間艾比湖綠洲的土地利用/覆被發(fā)生了顯著的變化［32-33］，氣候變化和人類活動(dòng)都是土地利用/覆被變化的驅(qū)動(dòng)因素，其中人類活動(dòng)是土地利用/覆被變化最主要的驅(qū)動(dòng)力［33］，耕地?cái)U(kuò)張、城鎮(zhèn)建設(shè)等活動(dòng)顯著地改變了艾比湖綠洲的下墊面，不同的下墊面類型也改變著區(qū)域的生態(tài)水文過程［16］。阿布都沙拉木等［34］發(fā)現(xiàn)在干旱-半干旱區(qū)，植被覆蓋度較高的區(qū)域?qū)嶋H蒸散量也較高，不斷增大的植被面積會(huì)增加艾比湖綠洲的實(shí)際蒸散量，這可能也是其表現(xiàn)為上升趨勢(shì)的原因。

對(duì)于多數(shù)景觀格局指數(shù)與實(shí)際蒸散量的相關(guān)系數(shù)沒有表現(xiàn)出足夠高的可信度，這可能存在兩方面的原因：第一，景觀格局指數(shù)雖然是描述區(qū)域景觀格局變化的有效方式，但其可能從機(jī)理上較難解釋一些自然過程和人為活動(dòng)過程的變化。王泉泉等［35］、楊帆等［36］、金佳莉等［37］分別使用景觀格局指數(shù)對(duì)人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、土壤理化因子和地表溫度進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明其二者的相關(guān)性普遍較低，有很多相關(guān)系數(shù)僅為0.01～0.03 之間，而部分P值超過了0.7，因此景觀格局指數(shù)對(duì)于一些現(xiàn)象并不能很好地解釋。第二，本研究進(jìn)行相關(guān)分析的樣本數(shù)太少。由于考慮到遙感影像的質(zhì)量和可獲得性，只選取了四期遙感影像，導(dǎo)致用于相關(guān)性分析的景觀格局指數(shù)過少，使很多相關(guān)系數(shù)無法表現(xiàn)出顯著性。下一步的研究將考慮使用MODIS 等高時(shí)間分辨率土地利用/覆被產(chǎn)品與實(shí)際蒸散量進(jìn)行分析，深入探討二者的關(guān)系。

5 結(jié)論

本研究對(duì)艾比湖綠洲1960—2013 年的實(shí)際蒸散量變化特征進(jìn)行分析，并結(jié)合四期土地利用/覆被數(shù)據(jù)從景觀格局的角度分析了實(shí)際蒸散量對(duì)景觀格局的響應(yīng)，得出以下結(jié)論：

（1）艾比湖綠洲年際實(shí)際蒸散量平均值為162.97 mm，呈上升趨勢(shì)；夏季的平均實(shí)際蒸散量最高，為22.75 mm，秋季最低為10.44 mm；年際實(shí)際蒸散量在1987年發(fā)生突變性增加，夏季和秋季的突變點(diǎn)分別為1992年和1975年。

（2）四期土地利用/覆被圖中荒漠占主導(dǎo)地位，耕地和城鎮(zhèn)用地增長(zhǎng)較為明顯，分別增長(zhǎng)了409.69%和704.56%，林地、草地和水域的面積均為波動(dòng)下降的趨勢(shì)，鹽漬地面積則為波動(dòng)增加的趨勢(shì)。

（3）斑塊類型級(jí)別上，不同地類的景觀格局指數(shù)差異明顯，水域的斑塊數(shù)量最少，荒漠的LPI值最高，草地和城鎮(zhèn)具有最高的LSI 和AI；景觀級(jí)別上，各景觀格局指數(shù)均為波動(dòng)增加趨勢(shì)。

（4）斑塊類型級(jí)別上，僅有水域的NP 和PD 與實(shí)際蒸散量呈顯著負(fù)相關(guān)；景觀級(jí)別上，實(shí)際蒸散量 與LPI、CONTAG 和COHESION 呈負(fù)相關(guān)，與NP、PD 等指數(shù)呈正相關(guān)，實(shí)際蒸散量與AI 的相關(guān)性最高，達(dá)到0.953（P＜0.05），而與NP和PD的相關(guān)性最低，僅為0.148。僅有AI 與實(shí)際蒸散量的相關(guān)系數(shù)具有顯著性。