全球变暗/变亮背景下流域尺度水文循环响应规律

The earth radiation balance is a key driver of the global hydrological cycle. Solar radiation is the primary energy source reaching the Earth’s surface, which can sustain energy balance of climate and ecosystem. Global change in surface solar radiation since the 1960s, the so-called global dimming and brightening, profoundly affect climate warming and hydrologic cycle. Taking Haihe Catchment as an example, relationship between solar radiation and more widely available sunshine hour data is explored based on geographically weighted regression methods under consideration of the effects of aerosols. Simple climate model based on dynamic panel data method is found to estimate the relationship between solar radiation and air temperature, which is valuable to reveal the contribution of solar radiation to climate warming. Community land model, which can simulate surface ecological and hydrologic processes, is used to study the effects of solar radiation on water cycle, especially evapotranspiration. Empirical results about water cycle under climate change are considered to discriminate the driving mechanism of global dimming/brightening and warming on spatial and temporal pattern of hydrologic cycle. Results in this research have important theoretical and practical significance for understanding the evolution of water cycle, adapting and mitigating the impact of global change on the surface hydrologic cycle.

地球辐射能量平衡是全球水文循环的关键驱动因素。作为地表能量的根本来源,太阳辐射自20世纪60年代以来在全球范围的变化（即“全球变暗/变亮”）必然会对流域地表水文循环造成影响。为此，以海河流域为例，引入地理加权回归方法，考虑气溶胶空间差异对太阳辐射的影响，解析太阳辐射与日照时数相关系数的时空变异规律，以获取分辨率较高的太阳辐射数据；构建基于动态面板数据求解方法的气候模式，探求太阳辐射与气温在不同时空尺度的定量响应关系，揭示全球变暗/变亮对气候变暖的贡献；引入基于生态水文过程的通用陆面模型，估算太阳辐射变化对地表水文循环要素，尤其是联系水热循环的关键环节——蒸散发的定量影响，并结合传统气候变化对水循环影响的研究结果，辨析全球变暗/变亮与全球变暖对水循环时空演变格局的驱动机制。研究成果对认识流域水循环演化规律，适应和减缓全球变化对水循环的影响具有重要的理论和现实意义。

地球辐射能量平衡是全球水文循环的关键驱动因素。作为地表能量的根本来源,太阳辐射自20世纪60年代以来在全球范围的变化（即“全球变暗/变亮”）对流域地表水文循环造成重要影响。首先利用MODIS气溶胶产品，进行了气溶胶的定量遥感反演，分析了空气污染指数时空变化对基于日照时数的太阳辐射估算，并结合API与AOD之间的转化模型以及相应的模型参数空间分布，模拟预测了月尺度太阳辐射空间分布，实现了太阳辐射数据的时空尺度扩展；然后运用统计学的基本方法，分析了太阳总辐射和气温的年际变化情况，并通过能量平衡和能量流动基本理论，建立了面板数据模型，进行了参数估计，建立了全球变暗/变亮与全球变暖在流域尺度的耦合响应关系，揭示了太阳辐射对气候变暖的贡献；最后利用海河流域气象资料，系统分析了过去 53年间日照时数、气温、蒸发皿蒸发量以及潜在蒸散量的变化趋势，对海河流域是否存在“变暗/变亮效应”和“蒸发悖论”进行验证，并引入面板数据模型方法，定量分析日照时数变化对蒸发皿蒸发量的影响程度，进而利用SWAT模型，模拟分析了太阳辐射变化与气温变化对流域水循环的定量影响。研究成果对认识流域水循环演化规律，适应和减缓全球变化对水循环的影响具有重要的理论和现实意义。