利用土地表面能量平衡算法（SEBAL）与地理空间技术对巴基斯坦不同气候区蒸散发进行建模

为何隐形的水循环至关重要

当我们思考巴基斯坦的气候变化与水问题时，常会想到融化的冰川或缩减的河流。但有一个更为安静的过程——蒸散发，即土壤、开阔水面和植物叶片共同的水分损失——它起到景观天然空调的作用。本研究提出一个简单而紧迫的问题：随着巴基斯坦城市扩张与气候变暖，这一自然冷却系统在全国不同气候区如何变化？

多样气候的国家

巴基斯坦从冰冷的北部高山延伸到炽热的南部沙漠和潮湿的沿海平原。为理解这种复杂性，研究者将全国划分为五个大类气候区，涵盖高山、灌溉河流平原、干燥的西部高原、炎热的中部低地和南部沿海地带。每个区域都有各自的农田、森林、城市和裸地混合，这意味着它们吸收和释放热量与水分的方式大不相同。弄清每个区有多少水分返回大气，对于作物管理、城市降温以及干旱和热浪的应对至关重要。

从太空监测陆地

研究组没有仅依赖稀疏且分布不均的气象站，而是转向卫星观测。利用1989、1999、2009和2019四个时间点的三代Landsat影像，他们将地表亮度、植被绿度和地表温度的高分辨率影像，与巴基斯坦气象局的气温、湿度、日照和风速记录相结合。这些输入被送入称为土地表面能量平衡算法（SEBAL）的方法，该方法本质上追踪进入的太阳能如何在加热空气、加热地面和蒸发水分之间分配。基于这种能量平衡，研究者能够逐像素估算全国每日的地表向大气散失的水量。

变暖与变干的迹象

卫星记录显示出三十年间的明显模式。地表温度持续上升，尤以中部和南部平原及主要城市周边为甚，而较冷的北部山区相对保持缓和。以绿度指数追踪的植被总体在2009年前有所改善，但到2019年在许多地区开始下降，尤其是城市扩张和土地退化的区域。与此同时，地表反射率下降，表明从更明亮的裸地或稀薄覆盖转向更暗、更吸热的城市和受扰动区域。净辐射——地表可用的总能量——在大部分地区增加，进一步加剧了这些变暖趋势。

巴基斯坦的天然冷却系统承受压力

蒸散发格局将这些变化联系在一起。1989年和2009年，大面积北部高地以及部分灌溉和沿海地区显示出较高的日蒸散发，符合健康植被、湿润土壤和强蒸发冷却的特征。然而到了2019年，非常高和高蒸散发的区域明显缩小，而低和极低值区域扩大，覆盖了超过全国一半的面积。干燥的西部高原持续保持低值，但令人担忧的下降也出现在农业核心区和沿海地带，那里的湿地和红树林受到了干扰。城市及郊区地区成为热区，植被减少和坚硬地表削弱了自然冷却，放大了局地高温。

对民众与规划的意义

对一般读者而言，结论很直白：巴基斯坦的景观正在丧失部分自我冷却和将水分重新回到空气中的能力。上升的地表温度、稀薄的植被、更暗的地表以及高蒸散发区的缩减共同指向由城市扩张、土地退化和气候极端带来的日益加剧的压力。研究表明，像SEBAL这样的基于卫星的工具可以在地面观测稀少的情况下可靠地追踪这些变化。将这些信息融入水资源政策、城市设计和农业策略，规划者就能更有针对性地植树、保护关键生态系统并优化灌溉，以节约水资源并缓解危险高温。本质上，保持巴基斯坦的绿色与湿润地表不仅是环境问题——也是在变暖世界中保障粮食、健康与舒适的务实之举。

引用: 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

关键词: 蒸散发, 遥感, 城市热岛, 巴基斯坦气候, 水资源管理