一、地表蒸散发

地表蒸散发（Evapotranspiration，ET）是指水分子从液态/固态变成汽态的过程，包括土壤和水体蒸发、植被冠层截留降水蒸发、植被蒸腾以及冰雪升华等。它是整个生物圈、大气圈和水圈中水分循环和能量传输的重要控制因素，是地球系统物质循环（水、能量和生物化学循环）的核心，影响着陆地表面降水和辐射能量的重新分配，是极其重要的水循环要素过程。在全球范围内，地球表面吸收的太阳能有一半以上用于蒸散发，同时地表蒸散发将有超过60%的降水量返回于大气中，是陆域水循环的第二大组成部分（仅次于降水）。

结合重力学卫星GRACE的水量平衡方法

对于封闭的流域，水量平衡公式为：

ET=P-R-TWSC

ET为实际蒸散量，P为降水量，R为径流，TWSC为水储量变化。在GRACE出现之前，由于很难观测或测量区域尺度水储量变化，通常假设在长时间段内水储量变化等于0。这使得水量平衡方法计算的蒸散发存在较大的不确定性，且通常只能估算长时间尺度的蒸散发。GRACE卫星的出现，使得估算流域尺度的水储量变化成为了可能。Rodell等探讨了在流域尺度上结合GRACE卫星的水量平衡方法估计蒸散发的方法，认为基于GRACE卫星的水量平衡方法获得的蒸散发可以用来评估陆面模式模拟的蒸散发。此后，基于GRACE水量平衡方法估计实际蒸散发已成功应用于全球多个地区。

基于GRACE的水量平衡方法的优点在于：方法简单，计算量小，适合大范围、大流域尺度甚至全球尺度的蒸散发估算；不足之处在于：无法用于较小区域的蒸散发估算，同时由于降水数据的不确定性较高，导致最终计算的蒸散发不确定性较大。

相较于传统的以大气和水文观测资料为基础，将地基观测、遥感卫星观测结果结合相应物理规律以及水文模式等研究而言，GRACE卫星重力能有效弥补测量范围不深，空间分布不均匀，资料获取不充分以及水文模型分布不均匀等问题造成的数据不均匀，能得到全球分布均匀，且观测尺度统一的数据。

思考问题：

1）GRACE计算的地表质量变化，包含蒸散发数据量吗？

GRACE重力变化数据处理中，需要将影响重力变化的固体潮、海潮、地球自转产生的极潮等潮汐成分以及大气和海洋的非潮汐成分等已知因素扣除(Bettadpur，2003; 汪汉胜等，2007)。GRACE卫星重力数据经过模型校正后，得到在一定区域尺度分辨率下的非大气、非海洋的质量变化。一般认为，在季节性或更短的时间尺度上，这种剩余的重力场变化在陆地区域主要与水储量变化相关(Tapley et al.，2004a; 胡小工等，2006)。陆地水储量(Terrestrial Water Storage，TWS)变化是指包含降雨、蒸发(包括蒸腾)、径流和地下水活动等过程引起的质量变化(Chen et al.，2009)，在计算过程中，时变地球重力场的球谐参数转换为对地球系统表面及其浅层地下区域的质量重新分布数据，可将它理想化地假想为地球表面的一个薄层，或等效水柱高来衡量其质量变化。

近年来的研究主要应用GRACE数据估算了全球尺度、区域尺度以及多个流域尺度的水储量变化，监测冰盖质量平衡、海平面上升以及海洋环流等.由于GRACE对各种深度的水储量同样敏感，因此，也可以将其与水量平衡方程和水文模型结合来估算蒸散发量、土壤水含量和地下水储量变化等。

2）蒸散发数据如何获得？

通常蒸散发数据基于水文模型GLDAS、ERA5等等蒸散发产品；

二、流域详细的水量平衡方程

水量平衡原理是指在一定的时空范围内，水分运动保持质量守恒，亦即输入水量与输出水量的差额等于系统内蓄水变化量。建立区域水量平衡方程：

W_耗=P+R_流入-R_流出-D-TWSC

W_耗为计算时段内区域内消耗的总水量，P为总降雨量，R_流入和R_流出分布为计算时段内流入和流出研究区域的水量，D是区域跨流域调水量，TWSC为陆地水储量变化。

需要注意，区域耗水量是指区域内自然消耗或人类在生产和生活过程中直接或间接消耗的水量，简单考虑来源主要包括太阳能（自然蒸散发作用）、矿物能（人类工业活动）和生物能驱动（人类生活活动）的耗水量：

W耗=ET+W_工业+W_生活

通过GRACE重力卫星数据可以得到TWSC，通过遥感水文模型产品可以得到ET，并且注意ET 可以分为有灌溉农田的蒸散发农和自然下垫面无灌溉的蒸散发。也就是，在农业区的灌溉用水很大一部分也是蒸散发消耗，这部分数据并不在水文模型的统计中。考虑工业和生活耗水具有较完备的监测计量体系，其耗水量统计相对准确，可以直接查找《水资源公报》公布的工业与生活耗水量统计数据。

三、名词概念解释

1、供水量：是指各种水源为用户提供的包括输水损失在内的毛水量之和，按地表水源、地下水源和其他水源统计。

2、地表水源供水量：指地表水工程的取水量，按蓄水工程、引水工程、提水工程、调水工程、人工载运五种形式统计；

3、地下水源供水量：指水井工程的开采量，按浅层淡水、深层承压水和微咸水分别统计；

4、其他水源供水量：包括污水处理回用、集雨工程、海水淡化等水源工程的供水量。海水直接利用量另行计算，不计入总供水量中。

5、用水量：是指各类用水户取用的包括输水损失在内的毛水量之和，按生活、工业、农业和生态环境四大类用户统计，不包括海水直接利用量。

6、生活用水：包括城镇生活用水和农村生活用水，其中城镇生活用水由居民用水和公共用水（含第三产业及建筑业等用水）组成；农村生活用水指农村居民生活用水。

7、工业用水：指工矿企业在生产过程中用于制造、加工、冷却、空调、净化、洗涤等方面的用水，按新水取用量计，不包括企业内部的重复利用水量。

8、农业用水：包括农田灌溉用水和林牧渔畜用水。

9、生态环境补水：仅包括人工措施供给的城镇生态环境用水和部分河湖、湿地补水，而不包括降水、径流自然满足的水量。

10、用水消耗量：指在输水、用水过程中，通过蒸腾蒸发、土壤吸收、产品吸咐、居民和牲畜饮用等多种途径消耗，而不能回归到地表水体和地下含水层的水量。

11、灌溉用水消耗量：为毛用水量与回归地表、地下的水量之差，大部分灌溉水蒸散发了；

12、工业和生活用水消耗量：为取水量与废污水排放量及输水的回归水量之差，这部分消耗没计算入蒸散发，水量平衡计算公式中往往被忽略。

13、废污水排放量：指工业、建筑业、第三产业和城镇居民生活等用水户排放的水量，但不包括火电直流冷却水排放量和矿坑排水量。

四、参考资料

孟莹, 姜鹏, 董巍. 基于遥感的地表蒸散发研究进展. 遥感技术与应用[J], 2022, 37(4): 839-853 doi:10.11873/j.issn.1004-0323.2022.4.0839

Rodell M， Famiglietti J S， Chen J， et al.Basin scale estimates of evapotranspiration using GRACE and other observations［J］. Geophysical Research Letters， 2004，31（20）

等效水高 - 《中国大百科全书》第三版网络版 (zgbk.com)

郑秋月, 陈石. 2015. 应用GRACE卫星重力数据计算陆地水变化的相关进展评述[J]. 地球物理学进展, 30(6): 2603-2615

卢诗卉,赵红莉,蒋云钟,郝震,张象明,陈根发.基于多源遥感数据和水量平衡原理的灌溉用水量分析[J].水利学报,2021,52(9):1126-1135