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全球干旱指数和潜在蒸散空间数据库开发方面新进展

2022.7.20

　　潜在蒸散（Potential evapotranspiration，PET）是衡量大气通过蒸散失去水分的能力，是蒸发和蒸腾两个过程的总和，两者的速率取决于太阳辐射、空气温度、相对湿度（即饱和水汽压差）、风速以及植物特性和种植方式。从农地到区域乃至全球尺度，基于潜在蒸散的度量和指数被广泛应用于农业和自然资源管理科学等领域。在快速变化的全球环境和气候条件下，这些指标及其衍生指数产品已成为度量、预测气候变化趋势、方向和规模以及陆地生物圈、植物生长与可持续发展的影响的直接且关键的工具。

　　干旱指数（aridity index，AI）是用于评估干旱状况的指标，定义为降水与潜在蒸散的比值。干旱指数为植物的潜在生长提供了水分有效性的度量，使用干旱指数可进行空间和时间的对比，并为衡量和预测气候变化影响提供重要的基线值。干旱指数反映了陆地表面和大气之间能量和水的交换，其变化可为灌溉和作物管理、预测干旱和洪水模式等决策提供数据支持，对农业生产和水资源管理具有重要意义。

　　自200年，基于全球气候数据集WorldClim（1.4版：1960-1990）的第一版全球干旱指数和潜在蒸散数据库（Global-AI_PET_v1）提供线上服务；2019年，基于WorldClim（2.0版：1970-2000）和Penman-Monteith公式的后续版本数据库（Global-AI_PET_v2）上线。这些数据集下载量应用于水资源管理、作物生产农业以及与可持续发展相关的社会生态和社会经济应用、气候变化影响等。

　　近日，中国科学院昆明植物研究所研究员许建初攻关团队围绕第三版全球干旱指数和潜在蒸散数据库（Global-AI_PET_v3）取得重要进展。2022年，第三版全球干旱指数和潜在蒸散数据库（Global-AI_PET_v3）正式上线（https://doi.org/10.6084/m9.figshare.7504448.v5）。该数据库在世界粮农组织（FAO）Penman-Monteith参考蒸散（ET0）方程的基础上，提供了全球高分辨率（30弧秒）的水文气候月和年平均数据（1970-2000年）。

　　科研人员阐释了第三版全球干旱指数和潜在蒸散数据库（Global-AI_PET_v3）的计算方法及其技术验证结果。该数据库是基于FAO-56 Penman-Monteith公式进行完全参数化，在每个地理网格单元（30弧秒，1km空间分辨率）采用FAO-56 Penman-Monteith方程进行计算，用于参数化得到ET0估计所需的各种分量方程的数据来自worldclim 2.1气候数据集，该数据集提供了1970-2000年期间的最低气温、最高气温和平均气温的平均值、太阳辐射、风速和水汽压。在研究成果的技术对比验证中，与FAO的“CLIMWAT2.0 for CROPWAT”气象站数据对比，ET0: r2 = 0.85；AI: r2 = 0.90，与英国的“气候研究机构的时间序列v4.04版本数据”对比，ET0: r2 = 0.89；AI: r2 = 0.83，同时显示与较早版本的数据库有显著差异。研究提出，Global-AI_PET_v3显示出与真实世界气象站数据更高的相关性，为当前快速变化的气候条件下各项科学研究提供了强大的工具。

　　相关研究成果以Version 3 of the Global Aridity Index and Potential Evapotranspiration Database为题，发表在Nature子刊Scientific Data上。研究工作得到中科院国际人才计划、国家自然科学基金委员会（NSFC）与国际农业研究磋商组织（CGIAR）合作研究项目、云南省基础研究专项重点项目等的支持。欧洲地中海气候变化研究中心的科研人员参与研究。