本研究面向干旱区生态环境与水资源管理，针对沙漠-绿洲交错带蒸散发(ET)估算精度受限的难题，创新性地整合了时空融合数据与优化的双源能量平衡(TSEB)模型。通过对额外热传输阻力(KB)及冠层/土壤阻力方程的改进，并结合蒙特卡洛方法参数调优，显著提升了复杂下垫面能量通量(LE/H)的模拟精度。研究成果为高分辨率ET估算提供了可靠方法，对荒漠化防治、生态修复及干旱区水资源精细化管理具有重要技术支撑。

《Agricultural Water Management》：Resistance optimization and applicability of the TSEB model in desert–oasis areas

本刊推荐一项关于沙漠-绿洲区域蒸散发(ET)模拟的重要研究。针对复杂下垫面ET估算精度不足的问题，研究团队将增强时空自适应反射率融合模型(ESTARFM)与双源能量平衡(TSEB)模型相结合，通过引入优化的热传输阻力(KB)和冠层/土壤阻力方程，显著改善了感热通量(H)和潜热通量(LE)的模拟效果。该研究增强了TSEB模型在异质地表的适用性，为干旱区水资源管理与生态恢复提供了高精度的技术方案。

　　

在全球气候变化和人类活动加剧的背景下，干旱半干旱地区的水资源安全面临着严峻挑战。这些区域生态系统脆弱，水循环过程独特而复杂，其中，蒸散发(ET)作为连接土壤-植被-大气系统的关键环节，是区域水量平衡的核心组成部分。准确估算ET，不仅是理解干旱区水文机理的基础，更是评估生态需水、优化灌溉管理、防治荒漠化的科学依据。然而，广袤的沙漠-绿洲交错带地表类型破碎、植被稀疏、水热模式差异显著，这种高度的空间异质性给传统的ET观测与模拟方法带来了巨大困难。常规站点观测难以捕捉空间细节，而许多基于遥感的大尺度ET产品又往往受限于粗糙的分辨率，无法精细刻画由灌溉、植被斑块等引起的水分耗散时空变异。因此，发展一种能够兼顾高时空分辨率与物理机制可靠性的ET估算方法，成为干旱区水文学和生态学领域亟待突破的瓶颈。

传统上在沙漠-绿洲区域广泛应用的双源能量平衡(Two-Source Energy Balance, TSEB)模型，因其能够显式区分土壤与植被的能量交换过程而备受青睐。但该模型在稀疏植被、裸露地表等典型干旱区下垫面的表现并不稳定，其核心不确定性源于对地表与大气之间湍流交换过程的关键参数——阻力的刻画。如何准确参数化土壤阻力、冠层阻力以及额外的热传输阻力，是提高TSEB模型在复杂景观中模拟精度的关键。已有的研究尝试通过引入土壤湿度数据或调整经验系数来改进，但这些方法往往依赖难以获取的高精度数据或缺乏普适性。那么，能否通过系统性地优化TSEB模型内部的阻力参数化方案，在不依赖额外昂贵数据的前提下，显著提升其在典型沙漠-绿洲区域的ET估算能力呢？一项发表于《Agricultural Water Management》的研究针对这一科学问题展开了深入探索。

为开展此项研究，研究人员综合运用了多项关键技术方法。研究区域选定为中国内蒙古科尔沁沙地典型的沙丘-草甸交错带。数据方面，综合利用了长时间序列的涡度相关(EC)通量观测数据、多源气象站数据、以及MODIS与Landsat卫星遥感数据。通过增强时空自适应反射率融合模型(ESTARFM)，生成了时空分辨率更高(8天、30米)的模型输入数据集。模型构建上，在原始TSEB模型基础上，系统集成了参数化的额外热传输阻力(KB)方程，并测试了两种改进的冠层与土壤阻力方案，分别形成了TSEB-KB、TSEB-CH（采用Choudhury等人方案）和TSEB-MH（采用Haghighi和McNaughton等人方案）三个优化模型。利用蒙特卡洛方法对模型参数进行调优，并以EC观测数据为基准，对各个模型的感热通量(H)、潜热通量(LE)及蒸散发(ET)的模拟性能进行了全面验证与比较。

参数敏感性分析

通过改进的Morris筛选法对模型参数进行全局敏感性分析发现，不同模型对输入参数和阻力系数的敏感度存在显著差异。在原始TSEB和TSEB-CH模型中，叶面积指数(LAI)是影响ET估算最敏感的参数。而在TSEB-MH模型中，土壤表面粗糙度(Z0_soil)的影响最为突出，其次为植被高度(h_c)和LAI。这表明，TSEB-MH模型降低了对单一植被参数(LAI)的过度依赖，但其表现更依赖于土壤交换相关参数的准确率定。

不同阻力方程下TSEB模型的模拟性能

模型验证结果表明，原始的TSEB模型显著高估了潜热通量(LE)，并在感热通量(H)上存在较大偏差。引入KB系数优化的TSEB-KB模型改善了LE的模拟，使其估算值更均匀地分布在1:1线附近，但仍存在对H的低估。进一步结合改进阻力方程的TSEB-CH和TSEB-MH模型，则显著提升了H的模拟精度。其中，TSEB-MH模型对H的模拟表现最佳，其均方根误差(RMSE)为22.18 W m^-2，决定系数(R²)为0.64，相对于原始TSEB、TSEB-KB和TSEB-CH模型，RMSE分别降低了49.9%、20.1%和34.0%。对于LE的模拟，TSEB-CH模型表现最优(RMSE = 53.32 W m^-2, R²= 0.72)。泰勒图分析进一步证实，对于H估算，TSEB-MH性能最好；对于LE估算，TSEB-CH和TSEB-MH均表现良好。

不同阻力方程TSEB模型估算蒸散发的验证与时空特征

将潜热通量转换为蒸散发(ET)后进行验证发现，四个模型均存在对ET的低估，但改进模型精度显著提升。其中，TSEB-CH模型的ET模拟性能最佳，校准期和验证期的R²分别达到0.76和0.63。长时间序列分析显示，原始的TSEB模型在两个站点均持续高估ET，而三个改进模型不同程度地缓解了这一问题。TSEB-KB和TSEB-CH在生长季高ET时段的拟合效果更好，TSEB-MH则在低ET时期（如冬季）的估计更接近观测值。总体而言，若研究目标是精确模拟潜热通量和实际蒸散发，应选择TSEB-CH模型；若主要目标是改善地表能量平衡分量的分配，则TSEB-MH模型更为合适。

蒸散发产品时空分布对比分析

将优化的TSEB-MH和TSEB-CH模型与两种广泛应用的ET产品（MOD16和PML_V2）进行多年累积ET的对比。时间上，TSEB-MH和TSEB-CH的估算值普遍高于MOD16和PML_V2，尤其在干旱年份(如2015、2022年)差异更为明显。空间上，所有数据集均呈现从西向东ET递增的格局，与降水、植被的空间梯度一致。TSEB-MH和TSEB-CH的结果空间异质性更强，特别是在西部植被稀疏区，其较高的ET值可能更真实地反映了实际蒸散状况；而MOD16和PML_V2产品的空间分布则相对平滑，整体估值偏低，可能在部分区域低估了实际ET。

本研究通过系统优化双源能量平衡(TSEB)模型中的阻力参数化方案，显著提升了其在典型沙漠-绿洲异质地表的蒸散发(ET)估算能力。主要结论与意义体现在以下几个方面：

首先，研究发现单独引入动态的额外热传输阻力(KB)系数优化，虽能改善潜热通量(LE)模拟，但不足以纠正感热通量(H)的系统偏差。这凸显了仅调整 aerodynamic resistance（空气动力学阻力）的局限性，必须同时对控制土壤-植被温度分割的冠层与土壤阻力机制进行改进。

其次，本研究发展的两种优化模型——TSEB-CH和TSEB-MH，通过不同的物理路径提升了模型性能。TSEB-CH模型通过强化冠层阻力参数(CM_a)的约束，更有效地刻画了植被蒸腾过程，因此在精确模拟LE/ET方面具有优势。而TSEB-MH模型则采用了一个更具机理性的土壤阻力公式，该公式考虑了粗糙元对粘性次层的影响，从而更好地表征了裸露粗糙土壤表面的热传输，显著改善了H的模拟及地表能量分配。这表明，在干旱区生态系统中，针对不同的科学目标（精确水量估算 vs. 能量平衡研究），可能需要选择侧重不同阻力过程的模型方案。

再者，与广泛使用的MOD16和PML_V2等ET产品相比，本研究优化的高分辨率TSEB模型能更精细地捕捉由下垫面异质性引起的ET空间细节，尤其在植被稀疏的干旱区。这对于精准评估绿洲农业耗水、监测荒漠化边界动态、以及优化生态用水配置至关重要，提供了比现有 coarse-resolution（粗分辨率）产品更可靠的区域尺度工具。

然而，研究也指出了当前模型的局限性与未来的改进方向。例如，未耦合土壤水分数据可能限制了模型在极端干旱条件下的表现；模型的验证仅基于两个通量站点，未来需要扩展到更多样化的地表类型以评估其普适性。此外，模型的不确定性主要来源于输入数据（如LAI）的质量、阻力参数的空间代表性以及TSEB模型本身对土壤-植被-大气耦合过程的简化假设。

综上所述，这项研究不仅为沙漠-绿洲区域的高分辨率、高精度ET估算提供了一套有效的技术方案，深化了对干旱区地表水热交换机制的理解，而且其发展的模型优化框架具有向其他生态脆弱区推广的潜力。研究成果直接服务于干旱区水资源可持续管理、生态恢复工程效益评估及应对气候变化的适应性策略制定，具有重要的科学价值与实践指导意义。