劉昊東，楊俏敏，臧傳富

（華南師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，廣州 510631）

蒸散是地表水和生態(tài)水吸熱相變向大氣擴(kuò)散的水通量，作為地表與大氣之間的聯(lián)系機(jī)制（Mueller et al., 2013），是水循環(huán)中最重要的通量變量之一。每年約有60%的陸地降水以蒸散的形式進(jìn)入大氣（Jung et al., 2010），參與全球水循環(huán)；而在干旱氣候下，該值可能超過(guò)90%（Oki et al., 2006）。此外，蒸散也是調(diào)節(jié)全球天氣和氣候的關(guān)鍵因素。大范圍的地表蒸散變化會(huì)對(duì)降水、地表溫度、大氣環(huán)流產(chǎn)生顯著影響（Shukla et al., 1982）；并且與干旱、熱浪（Seneviratne et al., 2006; Vautard et al.,2007）等極端水文氣象事件都有較為密切的聯(lián)系（樸世龍 等，2019）；區(qū)域地表蒸散的研究對(duì)水資源的優(yōu)化配置和管理具有一定的參考價(jià)值（Liu et al.,2019）。

土地利用和土地覆蓋是影響蒸散和其他水文過(guò)程的重要因素（Mlba et al., 2019）。在大范圍尺度下，王麒麟等基于1982—2016年連續(xù)遙感觀測(cè)，認(rèn)為區(qū)域地表蒸散與該地森林覆蓋率的變化之間存在正相關(guān)關(guān)系（Wang et al., 2021）；Teuling等（2019）在對(duì)歐洲平均蒸散發(fā)和徑流量的影響因素的研究中指出，歐洲大部分區(qū)域蒸散量的增加是地區(qū)規(guī)模造林、森林覆蓋率提高和氣候變化的綜合結(jié)果。隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市綠地的時(shí)空變化成為城市尺度下研究地區(qū)土地利用和土地覆蓋的關(guān)鍵問(wèn)題。城市綠地包括人工植被、半自然以及自然植被（臧傳富 等，2020），是城市整體的重要有機(jī)組成部分，也是支持生物多樣性的關(guān)鍵棲息地（Lepczyk et al.,2017），同時(shí)為人類的健康生活提供了不可或缺的生態(tài)服務(wù)（Semeraro et al., 2021）。此外，城市綠地蒸散作為地區(qū)水文過(guò)程和生態(tài)過(guò)程相互作用機(jī)理的重要環(huán)節(jié)（臧傳富 等，2020），對(duì)區(qū)域各水文循環(huán)過(guò)程的再分配和再調(diào)節(jié)起一定促進(jìn)作用。在高強(qiáng)度人類活動(dòng)的介入下，城市土地覆蓋、城市綠地在一定時(shí)期的類型轉(zhuǎn)化過(guò)程更加多樣且復(fù)雜，其對(duì)區(qū)域內(nèi)地表蒸散等生態(tài)水文過(guò)程的總體影響具有更高的不確定性。

廣州是珠三角城市群的核心城市。2000—2020年，廣州制定了“南拓、北優(yōu)、東進(jìn)、西聯(lián)”的空間發(fā)展戰(zhàn)略，相繼將原白云、番禺、從化3個(gè)縣級(jí)市納入市區(qū)范圍，進(jìn)入多核心快速發(fā)展的城市化階段，城市土地利用和土地覆蓋發(fā)生劇烈變化，城市化進(jìn)程較為典型，該過(guò)程對(duì)區(qū)域地表蒸散的影響也更具研究意義。因此，本研究基于Landsat、MODIS和氣象站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)廣州城市綠地時(shí)空變化及地表蒸散狀況進(jìn)行分析，探討該時(shí)期廣州復(fù)雜地表覆蓋轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)區(qū)域蒸散的綜合影響。以期為城市化進(jìn)程下城市綠地生態(tài)建設(shè)和海綿城市布局提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

按照現(xiàn)行行政區(qū)劃廣州共有荔灣、越秀、海珠、天河、白云、黃埔、番禺、花都、南沙、從化、增城11個(gè)市轄區(qū)，面積約7 434.4 km2（圖1）。2020 年廣州常住人口約1 874 萬(wàn)，地區(qū)生產(chǎn)總值約為25 019 億元人民幣（廣州市統(tǒng)計(jì)局 等，2021），是廣東的政治中心和經(jīng)濟(jì)中心。改革開(kāi)放近40 年來(lái)，廣州成為城市化進(jìn)程推進(jìn)的熱點(diǎn)區(qū)域，人地矛盾較為凸出，人類活動(dòng)對(duì)地表景觀的改造較為劇烈。

圖1 研究區(qū)域及氣象站點(diǎn)分布Fig.1 The study area and the distribution of the meteorological stations in and around Guangzhou

廣州的地形地貌以平原、丘陵為主，最高海拔為1 210 m。地處亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，雨熱同期；多年平均氣溫為22.5℃，多年平均降水量為1 968 mm，降水主要集中在5—9月；多年平均日照時(shí)數(shù)為1 643 h。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

采用的遙感數(shù)據(jù)為下載自美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局Earth Explorer 數(shù)據(jù)中心的Landsat Collection 2 Level-2 的地表反射率數(shù)據(jù)集，條帶號(hào)為122043、122044。該數(shù)據(jù)通過(guò)LEDAPS或LaSRC算法進(jìn)行大氣校正且經(jīng)過(guò)高精度的幾何校正，可直接用于遙感解譯。此外，部分高分二號(hào)遙感影像亦被用于解譯標(biāo)志體系建立、訓(xùn)練樣本及驗(yàn)證樣本選取等遙感解譯輔助工作。

蒸散數(shù)據(jù)選用下載自美國(guó)國(guó)家航空航天局Earth Data數(shù)據(jù)中心的500 m空間分辨率MOD16A2 GF 8 d數(shù)據(jù)集；遙感衛(wèi)星軌道號(hào)為h28v06，獲取時(shí)段為2000—2020 年。MOD16 數(shù)據(jù)是在Penman Monteith 公式的基礎(chǔ)上改進(jìn)獲得的蒸散數(shù)據(jù)產(chǎn)品（Mu et al., 2011）。

MOD16A2GF 是MOD16 數(shù)據(jù)的改進(jìn)型，蒸散模擬效果較前代產(chǎn)品更優(yōu)。自發(fā)布以來(lái)，MODIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證并在世界范圍內(nèi)廣泛運(yùn)用（Li et al., 2017），姜艷陽(yáng)等（2017）亦在中國(guó)范圍內(nèi)分流域?qū)OD16 數(shù)據(jù)集進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估。將MOD16A2GF/ET 原始數(shù)據(jù)投影至WGS84/UTM 49N 投影坐標(biāo)系，導(dǎo)入Arcmap 根據(jù)廣州行政邊界矢量文件按掩膜提取，在去除填充值后使用柵格計(jì)算器運(yùn)算得到研究時(shí)段內(nèi)歷年廣州地表蒸散的空間分布數(shù)據(jù)；通過(guò)統(tǒng)計(jì)得出歷年廣州地表年平均蒸散量以及5期遙感解譯結(jié)果中各地表覆蓋類型的年平均蒸散量和多年平均蒸散量。

蒸散過(guò)程不僅受下墊面類型、植被覆蓋情況影響，還受供水條件、能量供給條件、水汽輸送條件3方面因素控制。選用降水量、氣壓、溫度、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度6個(gè)主要?dú)庀髿夂蛞蜃樱阅隇閱挝贿M(jìn)行統(tǒng)計(jì)，探究其與地表蒸散的相關(guān)性。數(shù)據(jù)主要來(lái)自中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心發(fā)布的中國(guó)國(guó)家級(jí)地面氣象站基本氣象要素日值數(shù)據(jù)集（V3.0）。由于2020 年4 月之后該數(shù)據(jù)集不再生產(chǎn)，2020 年4—12 月的數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象局全國(guó)2 000多個(gè)站點(diǎn)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)共享版本數(shù)據(jù)。

1.3 遙感解譯分類體系

在土地城市化和產(chǎn)業(yè)城市化進(jìn)程等社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的影響下，廣州城市綠地景觀破碎化程度較高；加之地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱條件充沛，生態(tài)演替速度較快，在中分辨率地表資源衛(wèi)星遙感影像下容易出現(xiàn)不同綠地類型交錯(cuò)混雜分布的小面積斑塊；而且，根據(jù)廣東統(tǒng)計(jì)信息網(wǎng)中《關(guān)于廣東省第二次全國(guó)土地調(diào)查主要數(shù)據(jù)成果的公報(bào)》（廣東省國(guó)土資源廳 等，2014）數(shù)據(jù)，在2007—2009 年的調(diào)查中廣州市內(nèi)草地面積為49 km2，占研究區(qū)域總面積的0.65%；此外，中國(guó)科學(xué)院土地資源分類系統(tǒng)中所定義的大規(guī)模草地在研究區(qū)分布較少。因此，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，在遙感解譯時(shí)將廣州的地表覆蓋分為林地、非林地植被、建設(shè)用地或未利用地、水體4種類型，各類型具體定義見(jiàn)表1。

表1 遙感解譯分類體系Table 1 Remote sensing interpretation and classification system

1.4 遙感影像解譯與統(tǒng)計(jì)

城市內(nèi)部綠地類型破碎化較高且具有高度的空間異質(zhì)性（林冰鈺 等，2021），TM、ETM+、OLI圖像所能提供的綠地斑塊內(nèi)部紋理信息比較有限。一般情況下，在標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成的影像中，林地像元的色調(diào)往往較非林地植被像元偏暗。然而，一些處于特定生長(zhǎng)階段的濕地、耕地像元色調(diào)可能與林地類似（Huang et al., 2008），易導(dǎo)致遙感解譯訓(xùn)練樣本選取的偏差。為消除上述誤差的影響，采用多時(shí)相復(fù)合法（Singh, 1989），每期選擇2個(gè)研究區(qū)無(wú)云時(shí)段的遙感影像進(jìn)行疊加處理以用于監(jiān)督分類（表2）。

表2 遙感影像獲取時(shí)段Table 2 Dates acquired of the remote sensing images

在遙感內(nèi)業(yè)解譯工作開(kāi)始前，于2021年3—11月在研究區(qū)以Landsat8 2020-02-18 所獲取OLI 影像及高分二號(hào)衛(wèi)星2019-12-12所獲取的影像為參考進(jìn)行外業(yè)采樣，共采集有效樣地107處。在區(qū)域?qū)用?，樣地分布覆蓋廣州的10個(gè)市轄區(qū)（花都區(qū)和白云區(qū)的地表分布類型和模式較為相似，且距離市區(qū)較遠(yuǎn)，遂前期外業(yè)調(diào)查過(guò)程中未前往花都區(qū)）；在地面覆蓋類型層面，樣地覆蓋建筑用地、公園林地、公園草地、山體林地、果園、耕地、撂荒地、濕地等研究區(qū)常見(jiàn)地表類型。遙感內(nèi)業(yè)解譯工作結(jié)束后，參考已出版的土地利用圖（Fan et al., 2008）及MODIS Vegetation Continuous Field（VCF）全球植被分布數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)的歷史時(shí)期情況進(jìn)行大致了解，在Google Earth 對(duì)應(yīng)年份的高分辨率衛(wèi)星影像上隨機(jī)選擇一定數(shù)量的各地類驗(yàn)證樣本，對(duì)每期分類結(jié)果進(jìn)行基于地面真實(shí)情況的分類后精度驗(yàn)證。5 期分類總體精度分別為94.42%、87.92%、84.39%、93.11%、91.55%，kappa系數(shù)分別為0.90、0.83、0.76、0.90、0.88。由2020年解譯所得的林地面積與遙感作業(yè)總面積算得當(dāng)年廣州森林覆蓋率為41.75%，與2020年廣州市林業(yè)和園林局有關(guān)綠化統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（廣州市林業(yè)和園林局，2022）公布的41.6%的相對(duì)誤差僅為0.36%，證明本文遙感影像解譯精度可滿足研究需求。

1.5 氣象數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

為了提高氣象數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)的精度，選用廣州及周邊地區(qū)共38個(gè)氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖1），采用逐月平均值插補(bǔ)法對(duì)各氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行缺測(cè)數(shù)據(jù)插值；并對(duì)各站點(diǎn)歷年的年降水量、年平均氣壓、年平均氣溫、年平均風(fēng)速、年日照時(shí)數(shù)、年平均相對(duì)濕度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)?；诮y(tǒng)計(jì)結(jié)果，采用普通克里金空間插值法得到廣州區(qū)域內(nèi)21年間各年份的空間氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算其與年蒸散量的皮爾遜相關(guān)系數(shù)（Pearson, 1920），并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，以探究蒸散量和各氣象因子的相關(guān)關(guān)系。皮爾遜相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式為：

式中：Rxy表示變量x和y之間的相關(guān)系數(shù)；xi表示第i年的氣象數(shù)據(jù)；yi表示第i年的蒸散量；xˉ、yˉ分別表示21 年間各氣象數(shù)據(jù)和蒸散量的平均值；i表示年變量。相關(guān)系數(shù)Rxy>0 表示兩變量存在正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)Rxy<0 表示兩變量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。P< 0.05 表示兩變量存在顯著相關(guān)性，P< 0.01 表示兩變量存在極其顯著相關(guān)性。

2 結(jié)果分析

2.1 廣州市城市綠地時(shí)空變化特征

圖2顯示，近20年來(lái)廣州城市綠地總面積呈減少趨勢(shì)，共減少984.09 km2。就城市綠地系統(tǒng)內(nèi)部而言，非林地植被覆蓋面積總體有所減少，林地覆蓋面積有所增加，林地的占比由2000 年的43%提升至2020年的62%。

圖2 2000—2020年廣州市地表覆蓋類型及城市綠地變化Fig.2 The changes of land cover and urban green space in Guangzhou during 2000-2020

以2000、2020年作為始末節(jié)點(diǎn)，依據(jù)遙感解譯分類體系的4種地表覆蓋類型轉(zhuǎn)移情況建立轉(zhuǎn)移矩陣，可知：近20年來(lái)中4類地表之間互有轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出（表3），主要表現(xiàn)為城市化進(jìn)程下大量非林地植被轉(zhuǎn)出為以城鄉(xiāng)、工礦、居民用地為主的建設(shè)用地或未利用地，一部分轉(zhuǎn)化為林地。

表3 2000—2020年廣州市地表覆蓋類型轉(zhuǎn)移矩陣Table 3 The transition matrix of land cover of Guangzhou during 2000-2020 km2

2.2 廣州市地表蒸散的時(shí)空變化特征及其對(duì)城市綠地變化的響應(yīng)

從時(shí)間上看，廣州年均蒸散量總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。期間最大值出現(xiàn)在2016 年，為774.49 mm；最小值出現(xiàn)在2005年，為600.52 mm（圖3）。從空間上看，研究區(qū)年蒸散量具有較高的空間分異性，基本呈北高南低的分布趨勢(shì)。高值區(qū)主要分布在從化、增城、黃埔、花都、白云林地覆蓋的丘陵地區(qū)，低值區(qū)分布在以耕地為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)和以建設(shè)用地或未利用地覆蓋為主的城市建成區(qū)（圖4）。

圖3 2000—2020年廣州市地表蒸散及氣象因子年際變化Fig.3 The inter-annual variations of evapotranspiration and meteorological variables in Guangzhou during 2000-2020

對(duì)各非水體地表覆蓋類型的年均蒸散量（圖5）、多年平均蒸散量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明不同地表覆蓋類型的蒸散能力存在明顯差異，多年平均蒸散量由高到低分別為林地（919.10 mm）、非林地植被（612.32 mm）、建設(shè)用地或未利用地（303.91 mm），與已有研究（張猛 等，2018）所得的大致規(guī)律相符。一方面，林木的根系具有更強(qiáng)的吸水能力，可以供給植物進(jìn)行更強(qiáng)的蒸騰作用（黃葵 等，2019）。另一方面，研究區(qū)的林地生態(tài)群落主要為亞熱帶常綠闊葉林、亞熱帶針葉林；在群落的垂直結(jié)構(gòu)上，喬木層以下有林下灌木層、草本層多層復(fù)合，其單位面積植物生物量高于單一的草本、灌木群落。綜上，本研究區(qū)域內(nèi)林地的蒸散量較其他地類更高。

圖5 2000—2020年各地表類型年均蒸散量變化Fig.5 The changes of different land covers' annual average evapotranspiration during 2000-2020

在探究蒸散對(duì)城市綠地時(shí)空變化的響應(yīng)時(shí)，為了降低氣象因子年際變化對(duì)分析的影響，將研究時(shí)段 分 為2000—2003、2004—2007、2008—2011、2012—2015、2016—2020 年5 個(gè)階段，各階段廣州地表多年平均蒸散量分別為636.80、624.58、648.63、674.62、719.41 mm。以各期數(shù)據(jù)中研究區(qū)域內(nèi)林地面積占陸地總面積比例為變量x、對(duì)應(yīng)階段廣州市多年平均蒸散量作為變量y計(jì)算皮爾遜相關(guān)系數(shù)，算得相關(guān)系數(shù)為0.64，顯示廣州市地表蒸散量與廣州市城市綠地結(jié)構(gòu)的變化存在一定相關(guān)性。

以2000、2020年作為始末節(jié)點(diǎn)對(duì)廣州市地表覆蓋類型的轉(zhuǎn)移變化情況進(jìn)行分析，近20年來(lái)區(qū)域內(nèi)共有2 555.96 km2的土地發(fā)生過(guò)地表覆蓋變化；其中非林地植被轉(zhuǎn)林地、林地轉(zhuǎn)非林地植被、建設(shè)用地或未利用地轉(zhuǎn)非林地植被、林地轉(zhuǎn)建設(shè)用地或未利用地、非林地植被轉(zhuǎn)建設(shè)用地或未利用地5類地表覆蓋變化總計(jì)面積為2 285.82 km2，占所有發(fā)生地表覆蓋變化區(qū)域面積的89%。近20年來(lái)廣州地表蒸散變化量的空間分布與不同蒸散能力地表覆蓋類型之間的轉(zhuǎn)化具有較高一致性（圖6）。增城區(qū)北部、白云區(qū)東部及從化區(qū)東南部、西部等林地?cái)U(kuò)張區(qū)域地表蒸散量有較大程度的增加?；ǘ紖^(qū)中部、白云區(qū)西部、黃埔區(qū)和增城區(qū)南部、番禺區(qū)、南沙區(qū)等非林地植被集中轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地或未利用地的區(qū)域，其地表蒸散量出現(xiàn)較大幅度的減少。

2.3 氣象因子對(duì)廣州市地表蒸散的影響

蒸散量與各氣象因子的皮爾遜相關(guān)分析結(jié)果如表4所示。2000—2020年研究區(qū)域與蒸散量呈正相關(guān)的氣象因子為降水量、相對(duì)濕度和氣溫，與蒸散量呈負(fù)相關(guān)的氣象因子為氣壓、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速。

由廣州周邊氣象站點(diǎn)記錄分析可知，近20年來(lái)區(qū)域氣象要素都大致向利于地表蒸散量增加的方向變化。但值得注意的是，在此過(guò)程中蒸散量與各氣象要素間顯示顯著及以上相關(guān)的區(qū)域占研究區(qū)域總面積的比例偏低。占比最高的要素為相對(duì)濕度，達(dá)到48.70%；占比最低要素為氣溫，僅為0.78%；各要素間平均值僅為21.33%。

Li等（2017）在對(duì)2001—2013年中國(guó)地表蒸散研究中指出，該時(shí)段氣候變化對(duì)蒸散的影響較土地利用和土地覆蓋變化更為顯著。但本文結(jié)果（表4）顯示：雖然氣象因子對(duì)地表蒸散過(guò)程具有不可忽視的重要影響，但在城市尺度下氣象因子波動(dòng)并不能被解釋為近20年來(lái)廣州市大部分區(qū)域蒸散量變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。由此可見(jiàn)，2000—2020年廣州城市尺度下地表覆蓋變化對(duì)地表蒸散的影響或更為顯著。

表4 2000—2020年廣州地表蒸散量與各氣象因子相關(guān)性面積占比Table 4 The area percentage of different correlation between ET and meteorological variables during 2000-2020 in Guangzhou %

3 討論

數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，2000—2020年廣州林地規(guī)模呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，從2000 年的2 534 km2增長(zhǎng)至2020 年的3 031 km2。這與近20年來(lái)廣州市相關(guān)規(guī)劃與林業(yè)生態(tài)建設(shè)工作密切相關(guān)。期間廣州市逐步推進(jìn)包括跡地更新、低效林改造、荒山造林、中幼林撫育、大田育林等造林綠化工作。2003 年廣州市宣布啟動(dòng)“青山綠地”工程，重點(diǎn)工作為城市林帶、城市林區(qū)、園林的建設(shè)和采石場(chǎng)整治（廣州年鑒編纂委員會(huì)，2004）；2007年第二期“青山綠地”工程啟動(dòng)，規(guī)劃范圍擴(kuò)大至全市建成區(qū)以外的全部范圍，建設(shè)內(nèi)容拓展至沿海防護(hù)林體系建設(shè)、新農(nóng)村綠色家園建設(shè)、城市森林修復(fù)、花卉苗木產(chǎn)業(yè)等（廣州年鑒編纂委員會(huì)，2007）。通過(guò)統(tǒng)計(jì)《廣州市年鑒》2004—2011 年林業(yè)生態(tài)建設(shè)板塊相關(guān)數(shù)據(jù)得出，2003—2010 年兩期“青山綠地”工程三年計(jì)劃期間，廣州共完成造林綠化規(guī)模約228.73 km2；為協(xié)調(diào)城市整體生態(tài)文明發(fā)展，該工程重點(diǎn)推進(jìn)流溪河水源涵養(yǎng)林、增江河水源涵養(yǎng)林的建設(shè)、林分改造及保護(hù)工作；其在空間上與本研究監(jiān)測(cè)到的林地增加熱點(diǎn)區(qū)域相吻合。

隨著“綠色亞運(yùn)”“花園城市”、創(chuàng)建國(guó)家森林城市等工作的推進(jìn)，2000—2020 年廣州市公益林、碳匯林、城市生態(tài)景觀林帶、森林公園建設(shè)任務(wù)也逐步落實(shí)。此外，加強(qiáng)森林資源管護(hù)、推進(jìn)森林病蟲(chóng)害檢疫防治、完善林業(yè)法治、加強(qiáng)森林公安執(zhí)法隊(duì)伍建設(shè)、完善公益生態(tài)林補(bǔ)償辦法、建設(shè)完善森林生態(tài)監(jiān)測(cè)體系等舉措也是廣州森林生態(tài)建設(shè)、綠化造林工作推進(jìn)的重要保證。

值得注意的是，2000—2005年廣州市林地增加規(guī)模為438 km2，占21 年間林地面積增長(zhǎng)總量的88%。但2004—2007年廣州多年平均蒸散量并沒(méi)有出現(xiàn)明顯上升，反而較前一階段有所下降；這一現(xiàn)象可能與森林的生長(zhǎng)周期有關(guān)。李根等通過(guò)研究2001—2013 年中國(guó)土地利用/覆被變化對(duì)蒸散和氣候變化的影響發(fā)現(xiàn)，森林轉(zhuǎn)化為其他土地利用類型引起的蒸散量化遠(yuǎn)大于由其他土地利用類型轉(zhuǎn)化為森林引起的蒸散量變化（Li et al., 2017）。蘇聯(lián)科學(xué)家krestovsky 通過(guò)對(duì)森林采伐后恢復(fù)期的年均蒸散量和徑流量變化統(tǒng)計(jì)得出krestovsky 生態(tài)水文函數(shù)（Shiklomanov et al., 1988），該函數(shù)揭示了在森林恢復(fù)初期，區(qū)域內(nèi)蒸散量并不會(huì)有顯著的增加，反而在最初5—10 年可能有所減少，此后才逐漸上升，并在50—60年后達(dá)到干擾前的峰值，其后保持穩(wěn)定或有所下降。而對(duì)于不同林分、不同物種組成的森林生態(tài)系統(tǒng)，其生態(tài)水文函數(shù)曲線的具體形態(tài)和特征也存在差異。Molchanov 等（1963）的研究也顯示，蘇聯(lián)的橡樹(shù)、云杉的蒸散量峰值出現(xiàn)在60歲，梣木和白楊樹(shù)的峰值出現(xiàn)在20～40歲。隨著林木生長(zhǎng)時(shí)間的增加，其后3個(gè)階段廣州多年平均蒸散量也呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。

葉面積指數(shù)（LAI）可以定量描述植物群落水平上的葉片密度，是研究植物群落的重要參數(shù)（王希群 等，2005），其空間分布格局變化在一定程度上反映區(qū)域植被覆蓋度的變化和植被恢復(fù)狀況。為印證研究區(qū)域森林生長(zhǎng)周期相關(guān)問(wèn)題，筆者在增城區(qū)北部劃出一面積為381 km2的驗(yàn)證區(qū)域。區(qū)域內(nèi)2000年林地面積為167 km2，占區(qū)域總面積的43%；2005 年林地面積為252 km2，占比提高至66%；2006—2020年由于區(qū)域開(kāi)發(fā)、設(shè)施建設(shè)等原因林地面積稍有回落，在225 km2上下波動(dòng)。

對(duì)驗(yàn)證區(qū)域內(nèi)2000、2005、2010、2015、2020年5期MOD15A2H葉面積指數(shù)求年平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。圖7-a顯示，近20年增城北部集中造林區(qū)內(nèi)LAI的空間分布格局較為穩(wěn)定，并無(wú)發(fā)生劇烈變化。圖7-b 顯示，區(qū)域內(nèi)各像元LAI 值的相對(duì)頻率分布呈雙峰形態(tài)，高峰出現(xiàn)在值為1附近的低值區(qū)，次高峰出現(xiàn)在值為3～4.5 附近的高值區(qū)；圖中出現(xiàn)的高值區(qū)次高峰對(duì)應(yīng)2000年區(qū)域內(nèi)植被覆蓋度較高的像元，低值區(qū)的高峰及其移動(dòng)則反映2000—2005年新增林地的恢復(fù)情況。2000、2005、2010年對(duì)應(yīng)相對(duì)頻率曲線的低值區(qū)高峰具有較高重疊度，該時(shí)段新增林地的LAI 并無(wú)明顯增加（圖7-a）。而2015、2020年對(duì)應(yīng)頻率曲線低值區(qū)高峰向高值方向發(fā)生整體偏移；由此可知，規(guī)模造林后，確實(shí)存在一定時(shí)間階段區(qū)域內(nèi)群落葉片面積密度并無(wú)明顯的增加，即植被尚未進(jìn)入快速恢復(fù)的階段。

圖7 2000—2020年增城北部集中造林區(qū)域LAI空間分布及相對(duì)頻率曲線Fig.7 LAI's spatial distribution and relative frequency curve of the concentrated afforestation area in the north of Zengcheng during 2000-2020

氣象條件的波動(dòng)也可能是導(dǎo)致第二階段廣州多年平均蒸散量偏低的原因之一。從下墊面供水條件的角度看，2004—2007年廣州的年降水量和年均相對(duì)濕度都持續(xù)處于相對(duì)低位，可見(jiàn)該時(shí)期由大氣提供的水汽補(bǔ)給相對(duì)較少；與此同時(shí)，該時(shí)期年平均風(fēng)速較21年間大部分年份相對(duì)偏高（見(jiàn)圖3）。上述因素可能導(dǎo)致當(dāng)年的土壤水分不足，從而對(duì)地表植被蒸散作用起限制作用。從植物的能量獲取角度看，2004—2007年廣州年均溫度較前一階段有所降低，這也可能導(dǎo)致第二階段廣州市多年平均蒸散量較第一階段有所下降。

此外，由于其在空間分辨率上的歷史局限，選用長(zhǎng)時(shí)間序列中分辨率遙感數(shù)據(jù)無(wú)法在城市尺度下對(duì)地表環(huán)境進(jìn)行細(xì)致的解譯；加之大尺度蒸散數(shù)據(jù)在不同小尺度區(qū)域研究中存在無(wú)法避免的誤差，本研究更多偏重于在宏觀尺度上對(duì)相關(guān)現(xiàn)象、趨勢(shì)的闡述，在定量上存在不足。未來(lái)可結(jié)合實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)有的蒸散模型進(jìn)行優(yōu)化，確保其在小尺度區(qū)域上仍能有較高的精度；并輔以更高分辨率的遙感數(shù)據(jù)及能表現(xiàn)城市綠地多樣性的解譯結(jié)果建立模型，以更精確量化城市尺度下地表覆被變化對(duì)蒸散等生態(tài)水文過(guò)程的影響。

4 結(jié)論

本文通過(guò)遙感數(shù)據(jù)的解譯以及氣象數(shù)據(jù)、蒸散數(shù)據(jù)的空間統(tǒng)計(jì)，分析了廣州綠地生態(tài)系統(tǒng)時(shí)空變化對(duì)生態(tài)水文循環(huán)過(guò)程中區(qū)域地表蒸散這一環(huán)節(jié)的影響，主要結(jié)論如下：

1）2000—2020 年廣州城市綠地總面積呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，共減少1 481.10 km2。地表覆蓋類型的轉(zhuǎn)移變化情況主要表現(xiàn)為城市化進(jìn)程下大量非林地植被轉(zhuǎn)出變?yōu)槌青l(xiāng)、工礦、居民用地等建設(shè)用地或未利用地，一部分轉(zhuǎn)化為林地。近20年來(lái)廣州市城市綠地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)林地的占比呈上升趨勢(shì)。

2）2000—2020 年廣州年均蒸散量總體呈上升趨勢(shì)，多年平均蒸散量與對(duì)應(yīng)階段林地占比存在正相關(guān)關(guān)系。在研究區(qū)域內(nèi)部，地表蒸散量的增減與不同蒸散能力地表類型之間的相互轉(zhuǎn)化存在較高的空間一致性。

3）2000—2020 年廣州范圍內(nèi)與蒸散量呈正相關(guān)的氣象因子為降水量、相對(duì)濕度和氣溫，與蒸散量呈負(fù)相關(guān)的氣象因子為氣壓、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速。但由于各氣象因子與蒸散量間呈顯著及以上相關(guān)程度區(qū)域的面積占比偏低，因此近20年研究區(qū)域氣象要素的波動(dòng)并不能解釋為區(qū)域蒸散量上升的主要驅(qū)動(dòng)因素。

4）由于森林生長(zhǎng)周期、氣候條件等原因，2000—2020年廣州范圍內(nèi)地表蒸散量增加與城市綠地生態(tài)系統(tǒng)的空間變化在時(shí)間上并沒(méi)有同步發(fā)生，表現(xiàn)出一定的滯后性。