Моделирование эвапотранспирации в различных климатических зонах Пакистана с использованием Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) и геопространственных технологий

Почему важен скрытый водный цикл

Когда мы думаем об изменении климата и воде в Пакистане, часто представляем себе тающие ледники или пересыхающие реки. Но более тихий процесс — эвапотранспирация, то есть совместная потеря воды из почвы, открытых водоёмов и листьев растений — действует как встроенный «кондиционер» ландшафта. В этом исследовании ставится простой, но неотложный вопрос: по мере роста городов Пакистана и потепления климата, как изменяется эта естественная система охлаждения в разных климатических зонах страны?

Страна множества климатов

Пакистан простирается от ледяных северных гор до палящих южных пустынь и влажных прибрежных равнин. Чтобы разобраться в этом разнообразии, исследователи разделили страну на пять широких климатических зон, охватывающих высокие вершины, орошаемые речные равнины, сухие западные плато, жаркие центральные низменности и южную прибрежную полосу. У каждой из этих областей свой набор ферм, лесов, городов и оголённой земли, а значит — разные способы поглощения и отдачи тепла и влаги. Понимание того, сколько воды возвращается в воздух из каждой зоны, критично для управления посевами, охлаждения городов и планирования действий при засухах и волнах тепла.

Наблюдение за землёй из космоса

Вместо того чтобы полагаться только на метеостанции, которых мало и которые распределены неравномерно, команда обратилась к спутникам. Используя три поколения снимков Landsat за 1989, 1999, 2009 и 2019 годы, они сочетали детальные изображения яркости поверхности, её озеленённости и температуры с данными о температуре воздуха, влажности, солнечной радиации и ветре от Метеорологического департамента Пакистана. Эти входные данные были поданы в метод, известный как Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL), который по сути отслеживает, как входящая солнечная энергия распределяется между нагревом воздуха, прогревом земли и испарением воды. На основе этого баланса исследователи оценивали, сколько воды уходило с поверхности каждый день по всей территории Пакистана — пиксель за пикселем.

Признаки потепления и высыхания ландшафта

Спутниковый ряд за три десятилетия выявляет ясную картину. Температуры поверхности земли росли устойчиво, особенно в центральных и южных равнинах и вокруг крупных городов, тогда как более прохладные северные горы оставались относительным убежищем. Вегетация, отслеживаемая с помощью индекса озеленённости, в целом улучшалась до 2009 года, но затем к 2019 году снизилась во многих районах, особенно там, где расширялись города и происходила деградация земель. Параллельно уменьшилась отражающая способность поверхности, что указывает на переход от более светлых, оголённых или с малым покровом участков к более тёмным, поглощающим тепло городским и нарушённым территориям. Чистая радиация — суммарная энергия, доступная на поверхности — увеличилась в значительной части страны, усиливая эти тенденции потепления.

Естественная система охлаждения Пакистана под напряжением

Модели эвапотранспирации связывают эти изменения воедино. В 1989 и 2009 годах большие участки северных высокогорий и некоторые орошаемые и прибрежные зоны демонстрировали высокие суточные потери воды, что согласуется со здоровой растительностью, влажными почвами и сильным испарительным охлаждением. Однако к 2019 году зоны с очень высокой и высокой эвапотранспирацией резко сократились, тогда как участки с низкими и очень низкими значениями расширились и покрыли более половины страны. Сухие западные плато оставались постоянно слабыми по этому показателю, но тревожные спады появились и в сельскохозяйственных районах, и вдоль побережья, где нарушены влажные угодья и мангровые заросли. Городские и пригороды выделялись как очаги, где утрата растительности и твердые покрытия снизили естественное охлаждение, усилив локальное тепло.

Что это значит для людей и планирования

Для неспециалиста вывод прост: ландшафт Пакистана теряет часть своей способности охлаждать себя и возвращать воду в атмосферу. Рост температур поверхности, истончение растительного покрова, потемнение поверхности и сокращение зон с высокой эвапотранспирацией вместе указывают на усиливающееся давление со стороны урбанизации, деградации земель и климатических экстремумов. Исследование показывает, что спутниковые инструменты, такие как SEBAL, могут надёжно отслеживать эти изменения даже там, где наземных измерений недостаточно. Встраивая эту информацию в водную политику, градостроительство и сельскохозяйственные стратегии, планировщики могут точнее направлять посадки деревьев, защищать ключевые экосистемы и оптимизировать орошение, чтобы экономить воду и смягчать опасную жару. По сути, сохранение зелёных и влажных поверхностей Пакистана — это не только экологическая задача; это практический путь к защите продовольствия, здоровья и комфорта в мире, который продолжает нагреваться.

Цитирование: Islam, A., Ali, S.M., Alamery, E.R. et al. Modeling evapotranspiration in diverse climatic zones of Pakistan using Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) through geospatial technologies. Sci Rep 16, 10303 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39756-1

Ключевые слова: эвапотранспирация, дистанционное зондирование, городское тепло, климат Пакистана, управление водными ресурсами