川西亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)水碳過(guò)程耦合與模擬.pdf

1、面對(duì)全球氣候變化和水資源危機(jī)現(xiàn)狀，區(qū)域尺度的水碳資源綜合管理成為解決這些環(huán)境問(wèn)題的主要途徑，這需要基于對(duì)區(qū)域水碳耦合關(guān)系的理解和量化。本研究選取WaSSI-C生態(tài)水文模型來(lái)研究區(qū)域水碳耦合關(guān)系，了解川西亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)水碳資源之間的耦合關(guān)系及其時(shí)空模式。通過(guò)改進(jìn)模型蒸散、融雪的計(jì)算方法和開(kāi)發(fā)模型應(yīng)用相關(guān)的工具，提高了模型的適用性和實(shí)用性。在確定模型最佳空間響應(yīng)尺度的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了WaSSI-C模型在雜古腦流域的適用性。基于模型的模擬結(jié)

2、果，闡述了雜古腦上游流域水碳循環(huán)過(guò)程的空間和季節(jié)變化特征及其與植被類型、地形和氣候因素之間的關(guān)系;并量化了不同子流域的水碳耦合關(guān)系。基于以上研究，得到如下結(jié)論:
　　 (1)WaSSI-C模型的改進(jìn)和應(yīng)用方案的設(shè)計(jì)原模型對(duì)冬季蒸散發(fā)的計(jì)算進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，即:氣溫小于-1℃時(shí)蒸散和融雪的模擬值設(shè)定為0，但這種設(shè)定不適用于存在大量冬季積雪的高海拔針葉林區(qū)域，為此本研究引入了融雪與氣溫的線性模型對(duì)融雪計(jì)算進(jìn)行改進(jìn);同時(shí)基于潛在蒸散模型

3、計(jì)算此情況下的蒸散。
　　 另外，WaSSI-C模型作為一個(gè)集總式的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，程序設(shè)計(jì)還不夠完善，沒(méi)有模擬結(jié)果顯示和模型率定、驗(yàn)證模塊，因此本研究基于模型需要的原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了完整的應(yīng)用方案，其中包括多源輸入數(shù)據(jù)的同化處理、模型率定和驗(yàn)證以及模擬結(jié)果的顯示等功能。
　　 (2) WaSSI-C模型空間響應(yīng)臨界尺度的確定模型基本單元空間尺度的確定是大尺度生態(tài)水文模型應(yīng)用的前提，也是提高模型模擬精度的關(guān)鍵。本研究通過(guò)設(shè)置最小流

4、域面積閾值，構(gòu)建不同的水文響應(yīng)單元?jiǎng)澐址桨?，?duì)比不同劃分方案的模擬效果。結(jié)果表明:模型響應(yīng)單元空間尺度的變化對(duì)模型精度有顯著影響，85 km2為臨界點(diǎn)，此時(shí)模型的模擬效果較好。因此，最終將模型水文響應(yīng)單元流域劃分的面積閾值確定為85 km2。
　　 (3)模型的率定和驗(yàn)證在WaSSI-C模型參數(shù)敏感性分析的基礎(chǔ)上，利用水碳驗(yàn)證數(shù)據(jù)在雜古腦流域?qū)δＰ瓦M(jìn)行了率定和驗(yàn)證。其中將1988-1996年作為模型的率定期，1997-2006年

5、作為模型的驗(yàn)證期，分別利用實(shí)測(cè)徑流數(shù)據(jù)和中分辨率成像光譜儀數(shù)據(jù)(MODIS)的總初級(jí)生產(chǎn)力（GPP）數(shù)據(jù)、蒸散（ET）數(shù)據(jù)，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。并利用決定系數(shù)(R2）和Nash-Sutcliffe效率系數(shù)(NS)兩個(gè)指標(biāo)對(duì)模擬效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。流域總徑流率定期和驗(yàn)證期月尺度對(duì)比驗(yàn)證的R2分別為0.86和0.78; NS分別為0.82和0.67?？偵鷳B(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(GEP)和ET驗(yàn)證期的R2分別為0.89和0.78。可見(jiàn)模型模擬結(jié)果的兩個(gè)評(píng)

6、價(jià)指標(biāo)均處于理想?yún)^(qū)間內(nèi)，證明了WaSSI-C模型在雜古腦流域的適用性。
　　 (4)雜古腦流域水碳循環(huán)過(guò)程時(shí)空動(dòng)態(tài)和轉(zhuǎn)換關(guān)系雜古腦流域水碳循環(huán)過(guò)程具有明顯的時(shí)空變異特征，并與植被類型和海拔高度具有較強(qiáng)的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn):以高山草甸為主導(dǎo)植被類型的高海拔區(qū)域，具有較高的產(chǎn)水量(＞600 mm·y-1)，較低的蒸散量(＜420 mm·y-1)和較低的固碳能力(＜150 g C·m-2·y-1);相反，以常綠針葉林為主導(dǎo)植被類型和沒(méi)有

7、主導(dǎo)植被類型的低海拔區(qū)域，具有較低的產(chǎn)水量（＜500mm·y-1），較高的蒸散量(＞500mm·y-1)和較高的固碳能力(＞150 gC·m-2·y-1)。與此同時(shí)水碳通量存在明顯的季節(jié)變異特征，夏季為水碳通量的主要季節(jié):徑流占全年總徑流的51％;蒸散占全年總蒸散量的50％;總生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力占全年總量的53％;凈生態(tài)系統(tǒng)碳交換占全年總量的86％。
　　 流域產(chǎn)水量(RUNOFF)和固碳(凈生態(tài)系統(tǒng)碳交換，NEE)存在明顯的相關(guān)性