利用方差-鲍文比率方法实现经济可行的湿地蒸散监测：来自三种不同类型湿地的研究启示

《Water Resources Research》：Towards Affordable Wetland Evapotranspiration Monitoring Using the Variance-Bowen Ratio Method: Insights From Three Contrasting Wetlands

准确测量蒸散量对可持续水资源管理至关重要。本研究评估了变方差-波文比（VBR）方法在加州三个湿地点的适用性，对比涡度协方差（EC）测量的结果。结果显示VBR在非潮汐站点A表现较好（RMSE=61.2 W m-2），但在潮汐站点B和C因存储通量误差导致RMSE分别达106.1和137.2 W m-2。时间积分可显著降低潮汐站点偏差（B点日均RMSE=0.78 mm/d，月均12 mm；C点0.90 mm/d，13 mm）。生物质热存储使站点A持续偏差（日均0.97 mm，月均23 mm）。研究表明VBR在资源有限区域估算日/月尺度蒸散量具有成本优势（传感器成本仅为EC的十分之一），但环境存储通量差异会导致精度下降。

　　

摘要

准确测量蒸散量（ET）对于可持续的水资源管理至关重要。标准方法如涡度协方差法（EC）成本较高，而替代方法如表面更新法虽然成本较低，但需要校准和复杂的数据处理。本研究评估了方差-鲍文比（VBR）方法在加州三个湿地估算蒸散量方面的实用性。利用2023年的数据，将每半小时一次的潜热通量以及每日/每月的蒸散量（通过VBR方法获得）与一个非潮汐湿地（站点A）和两个潮汐湿地（站点B和C）的EC测量结果进行了比较。VBR方法的结果普遍低估了实际蒸散量，其均方根误差（RMSE）分别为：站点A为61.2 W m^?2，站点B为106.1 W m^?2，站点C为137.2 W m^?2，这主要是由于不同站点之间的水分储存差异所致。通过对时间序列数据进行整合，VBR方法在潮汐湿地的表现有所改善，这种整合有效地补偿了水分储存误差，从而降低了日度和月度估算的偏差（站点B：RMSE = 0.78 mm/d 和 12 mm/month；r = 0.93；站点C：RMSE = 0.90 mm/d 和 13 mm/month；r = 0.93），同时主轴回归斜率（RMA）也显著降低至0.98和约0.91。相比之下，站点A的生物量储存效应导致了持续的偏差（RMSE分别为0.97 mm/d 和 23 mm/month；日度和月度RMA斜率约为0.75；r = 0.85）。这些结果表明，在具有显著水分储存效应的环境中，VBR方法的局限性较为明显。尽管如此，VBR方法在估算日度和月度蒸散量方面仍具有成本效益，其传感器成本至少比EC低十倍，且设置更为简单，因此非常适合在资源有限和难以到达的地区进行蒸散量监测。

利益冲突

作者声明与本研究无关的任何利益冲突。

数据可用性声明

本研究使用的AmeriFlux站点如下：

• 站点A：US-Tw4（Eichelmann等人，2025）。DOI: https://doi.org/10.17190/AMF/1246151。

• 站点B：US-Dmg（Arias-Ortiz & Baldocchi，2025）。DOI: https://doi.org/10.17190/AMF/1964086。

• 站点C：US-Hsm（Delwiche等人，2026）。DOI: https://doi.org/10.17190/AMF/1890483。

方差-鲍文比（VBR）的相关数据可在Zenodo平台上公开获取（Wang，2026）。DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1844436。

支持信息中的参考文献

• Monin, A., & Obukhov, A.（1954）。《大气表层湍流混合的基本规律》。《苏联科学院地球物理研究所论文集》，24(151), 163–187。
  Google Scholar
• Pennypacker, S., & Baldocchi, D.（2016）。《利用表面层理论和通量塔数据估算植被冠层高度》。《边界层气象学》，158, 165–182。DOI: https://doi.org/10.1007/s10546-015-0090-0
  10.1007/s10546?015?0090?0
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