中国西北河西走廊潜在蒸散发与气象变量时空变化的定性与定量关系

为何干旱土地与隐形水分重要

在世界上一些最干燥的地区，农作物和人类靠着极为有限的水量维持生存。中国的河西走廊——一条夹在高山与沙漠之间的狭长农区——就是这样的地方。本文提出了一个看似简单但后果深远的问题：随着气候变暖和天气格局变化，水从土地上挥发并返回空气的速度如何变化，气象要素中哪些是主要原因？

在气候压力下的狭长区域

河西走廊沿祁连山北麓延伸约一千公里。南侧高山蓄积着雪与冰，北侧则是沙丘与砾石平原。降水稀少、日照强烈且常有强风。这些特征使该地区既是重要的粮食生产区，也对任何气候变化极为敏感。在这样干旱的地区，降水输入与水分损失之间的平衡深刻影响河流、地下水、土壤含水量，最终决定产量。

追踪隐形水分的六十年

作者没有试图逐地测量实际的水分损失，而是聚焦于“潜在蒸散发”——即在水分不受限制的情况下空气与植被可能蒸发和消耗的水量。这是衡量空气“渴水”程度的标准尺度。研究使用一种被广泛接受的计算公式，结合日照、温度、湿度、风速和基本地理参数，计算了1960年至2019年间河西走廊21个气象站的潜在蒸散发。然后他们绘制了其时空变化图，并检验记录中的显著转折点。

变暖气候下日益增长的水分需求

分析显示，河西走廊空气对水分的需求在这60年间总体上升，但并非平稳上升。研究者识别出两个转折点，约在1969年和2002年，将时间序列分为早期下降、长期相对平稳阶段和近期上升阶段。平均来看，潜在蒸散发量很高：大约每年1.2米左右，并呈从较凉、稍湿的东南向更热的西北递增。夏季在这一需求中占主导地位。与此同时，气温显著上升，而地表净辐射、风速和相对湿度总体下降，形成了驱动蒸发的因素之间复杂的拉锯。

厘清最重要的因素

为弄清哪些气象成分与日益增长的蒸发需求最密切相关，研究团队结合了若干统计工具。他们将六个主要变量分为两大类：一个是“温度族”（平均、最高和最低气温以及净辐射），另一个是“风与湿度族”（风速和湿度）。所有方法均一致表明，温度族与潜在蒸散发的变化最为同步。敏感性测试显示，净辐射的变化对即时影响最大，其次是风速，然后是平均气温，而湿度与日间极端温度的影响较小。但当作者还考虑到各变量自身变化的速率时，画面发生了变化：长期以来平均气温的持续上升成为潜在蒸散发增加的主导驱动因素，风速与辐射虽重要但居次要地位。

对农户与水资源规划者的意义

对于管理河西走廊及类似干旱地区有限水资源的人们，结论很明确。尽管风速减弱、地表净辐射有所下降，但持续变暖正推动空气从土壤与作物中吸取更多水分。研究估计，六个被考察的气象因子共同解释了大约四分之三的长期潜在蒸散发变化，其中平均气温上升居于主导地位。这意味着干旱与半干旱地区的灌溉规划、干旱预警与生态修复，不仅要考虑降雨多少，还要把气候变暖以及大气微妙变化对每一滴田间与含水层中储水的“隐形拉力”纳入评估。

引用: Ma, Y., Niu, Z., Wang, X. et al. The qualitative and quantitative relationship between the spatiotemporal variations of potential evapotranspiration and meteorological variables in the Hexi corridor, Northwest China. Sci Rep 16, 12282 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42072-3

关键词: 蒸散发, 气候变化, 河西走廊, 干旱农业, 水资源