半干旱区是全球变化的敏感区域。半干旱区水资源的合理利用关系到这些地区可持续发展的重要问题。地表实际蒸散是陆面水循环过程的重要组成部分,研究半干旱区不同生态系统下垫面地表实际蒸散的变化特征及其控制因子,对半干旱区水资源的有效管理和合理利用具有重要意义。半干旱区地表实际蒸散的变化趋势具有较大的不确定性,主要原因之一是缺少有关全球地表实际蒸散直接测量的长时间序列观测资料。因此,本论文利用半干旱退化草地和农田多年、高质量、连续的涡动相关法直接测量的地表实际蒸散资料,克服过去从蒸发皿测量的潜在蒸发来估算实际蒸散的误差,研究半干旱区退化草地和农田下垫面近地层能量收支特征、地表实际蒸散的季节和年际变化特征及其控制因子;分析了降雨的分布及年际变化对半干旱区不同下垫面的能量和水汽交换过程的影响;同时结合地面观测和卫星遥感资料建立估算地表实际蒸散的经验公式。得到的主要结论如下:　　 (1)半干旱区年降雨及降雨的分布年际变化较大,并且干湿季明最。湿季(生长季)(5月～9月)的降水量占全年的80%以上,其余时间是于季(非生长季)(10月～4月)。2003～2008年的年降水量分别为332.7mm,208.8mm,334.4mm,284.7mm,194.4mam,420.6mm。根据上世纪90年代以来通榆地区年降雨量的平均状况,以2006年作为正常年划分,2003、2005和2008年为相对湿润年,2004和2007年为相对干旱年。　　 (2)为了获得高质量和连续的地表实际蒸散长时间序列,本论文对半干旱区退化草地和农困下垫面2003～2008年湍流通量资料进行质量控制和缺失资料填补。在充分借鉴和参考过去国内外湍流处理程序的基础上,开发了一套功能较全面,可灵活、快捷地处理涡动相关观测资料的软件包。同时通过对比已有的填补方法,本论文发展了一套适用于半干旱区地表实际蒸散缺失资料的填补方法。　　 (3)分析了半干旱区退化草地和农田下垫面近地层能量收支特征。在生长季(5月～9月),潜热通量占主导地位,约占有效能量的30%～60%。在非生长季(10月～4月),感热通量占主导地位,约占有效能量的30%～50%。潜热通量的季节变化与降雨的季节分布存在较大的相关性,其峰值在湿润年较大,干旱年较小。感热通量曰平均值在春季达到最大,其峰值在干旱年较大,湿润年较小。两个下垫面的能量闭合率在生长季均大于0.8。　　 (4)分析了半干旱区退化草地和农田下垫面的地表空气动力学粗糙度Z0m、热力学粗糙度Z0h、动量拖曳系数Cd和热量输送系数Ch等地气交换过程基本参数,及其日、季节和年际变化特征。结果表明,退化草地和农田下垫面空气动力学粗糙度具有明显的季节和年际变化特征,热传输附加阻尼KB-1亦不是常数,并有明显的日变化和季节变化;整体输送系数同样也具有明显的季节和年际变化。在生长季,退化草地和农田下垫面多年平均的动量拖曳系数分别为3.1×10-3和4.7×10-3,热量输送系数分别为2.5×10-3和3.1×10-3;在非生长季,退化草地和农田下垫面多年平均的动量拖曳系数分别为2.3×10-3和2.9×10-3,热量输送系数分别为2.0×10-3和2.2×10-3　　 (5)分析了半干旱区退化草地和农田下垫面地表实际蒸散季节和年际变化特征,并定量分析了地表实际蒸散不同时间尺度上的环境和生物控制因子。结果表明,地表实际蒸散在生长季的日总量最大值在退化草地下垫面为2.0～4.5mm day-1,在农田下垫面为1.5～5.5mm day-1。降雨量的季节分布是地表实际蒸散季节变化的一个重要的影响因子。在半小时时间尺度上,大气水分需求因子是地表实际蒸散的主要控制因子,其次是湿度因子,再次是风速因子。在月尺度上,地表实际蒸散主要取决于月降雨量,其次是净辐射,再次是植被覆盖度。生物控制因子在季节尺度上对半干旱区地表实际蒸散的影响较显著,主要是通过表面导度季节和年际变化来实现。地表实际蒸散在年尺度上取决于年总降雨量。　　 (6)分析了Peman-Monteith公式和Priestly-Taylor公式在半干旱区的适用性。Peman-Monteith公式在半干旱区通常低估了地表实际蒸散,Priestly-Taylor公式高估了地表实际蒸散。利用地面观测资料结合卫星遥感资料,建立了估算地表实际蒸散月总量的经验公式。对于退化草地下垫面,ETa=0.212PPT+0.177Rn+59.223NDVI-5.332;对于农田下垫面,ETa=0.207PPT-0.175Rn+78.504NDVI-9.722。