全球干旱指數和潛在蒸散空間數據庫開發方面新進展

　　潛在蒸散（Potential evapotranspiration，PET）是衡量大氣通過蒸散失去水分的能力，是蒸發和蒸騰兩個過程的總和，兩者的速率取決于太陽輻射、空氣溫度、相對濕度（即飽和水汽壓差）、風速以及植物特性和種植方式。從農地到區域乃至全球尺度，基于潛在蒸散的度量和指數被廣泛應用于農業和自然資源管理科學等領域。在快速變化的全球環境和氣候條件下，這些指標及其衍生指數產品已成為度量、預測氣候變化趨勢、方向和規模以及陸地生物圈、植物生長與可持續發展的影響的直接且關鍵的工具。

　　干旱指數（aridity index，AI）是用于評估干旱狀況的指標，定義為降水與潛在蒸散的比值。干旱指數為植物的潛在生長提供了水分有效性的度量，使用干旱指數可進行空間和時間的對比，并為衡量和預測氣候變化影響提供重要的基線值。干旱指數反映了陸地表面和大氣之間能量和水的交換，其變化可為灌溉和作物管理、預測干旱和洪水模式等決策提供數據支持，對農業生產和水資源管理具有重要意義。

　　自200年，基于全球氣候數據集WorldClim（1.4版：1960-1990）的第一版全球干旱指數和潛在蒸散數據庫（Global-AI_PET_v1）提供線上服務；2019年，基于WorldClim（2.0版：1970-2000）和Penman-Monteith公式的后續版本數據庫（Global-AI_PET_v2）上線。這些數據集下載量應用于水資源管理、作物生產農業以及與可持續發展相關的社會生態和社會經濟應用、氣候變化影響等。

　　近日，中國科學院昆明植物研究所研究員許建初攻關團隊圍繞第三版全球干旱指數和潛在蒸散數據庫（Global-AI_PET_v3）取得重要進展。2022年，第三版全球干旱指數和潛在蒸散數據庫（Global-AI_PET_v3）正式上線（https://doi.org/10.6084/m9.figshare.7504448.v5）。該數據庫在世界糧農組織（FAO）Penman-Monteith參考蒸散（ET0）方程的基礎上，提供了全球高分辨率（30弧秒）的水文氣候月和年平均數據（1970-2000年）。

　　科研人員闡釋了第三版全球干旱指數和潛在蒸散數據庫（Global-AI_PET_v3）的計算方法及其技術驗證結果。該數據庫是基于FAO-56 Penman-Monteith公式進行完全參數化，在每個地理網格單元（30弧秒，1km空間分辨率）采用FAO-56 Penman-Monteith方程進行計算，用于參數化得到ET0估計所需的各種分量方程的數據來自worldclim 2.1氣候數據集，該數據集提供了1970-2000年期間的最低氣溫、最高氣溫和平均氣溫的平均值、太陽輻射、風速和水汽壓。在研究成果的技術對比驗證中，與FAO的“CLIMWAT2.0 for CROPWAT”氣象站數據對比，ET0: r2 = 0.85；AI: r2 = 0.90，與英國的“氣候研究機構的時間序列v4.04版本數據”對比，ET0: r2 = 0.89；AI: r2 = 0.83，同時顯示與較早版本的數據庫有顯著差異。研究提出，Global-AI_PET_v3顯示出與真實世界氣象站數據更高的相關性，為當前快速變化的氣候條件下各項科學研究提供了強大的工具。

　　相關研究成果以Version 3 of the Global Aridity Index and Potential Evapotranspiration Database為題，發表在Nature子刊Scientific Data上。研究工作得到中科院國際人才計劃、國家自然科學基金委員會（NSFC）與國際農業研究磋商組織（CGIAR）合作研究項目、云南省基礎研究專項重點項目等的支持。歐洲地中海氣候變化研究中心的科研人員參與研究。

圖1.采用FAO-56 Penman-Monteith方程計算的全球1 km空間分辨率上的參考蒸散數據（Global-ET0_v3）

圖2.采用FAO-56 Penman-Monteith方程計算的全球全球1 km空間分辨率上的干旱指數