川西亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)水碳過程耦合與模擬.pdf

1、面對全球氣候變化和水資源危機現(xiàn)狀，區(qū)域尺度的水碳資源綜合管理成為解決這些環(huán)境問題的主要途徑，這需要基于對區(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)系及其時空模式。通過改進模型蒸散、融雪的計算方法和開發(fā)模型應(yīng)用相關(guān)的工具，提高了模型的適用性和實用性。在確定模型最佳空間響應(yīng)尺度的基礎(chǔ)上，驗證了WaSSI-C模型在雜古腦流域的適用性?；谀Ｐ偷哪M結(jié)

2、果，闡述了雜古腦上游流域水碳循環(huán)過程的空間和季節(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?；谝陨涎芯?，得到如下結(jié)論:
　　 (1)WaSSI-C模型的改進和應(yīng)用方案的設(shè)計原模型對冬季蒸散發(fā)的計算進行了簡化處理，即:氣溫小于-1℃時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融雪計算進行改進;同時基于潛在蒸散模型

3、計算此情況下的蒸散。
　　 另外，WaSSI-C模型作為一個集總式的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停绦蛟O(shè)計還不夠完善，沒有模擬結(jié)果顯示和模型率定、驗證模塊，因此本研究基于模型需要的原始數(shù)據(jù)設(shè)計了完整的應(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)單元劃分方案，對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模型精度有顯著影響，85 km2為臨界點，此時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)模型的率定和驗證在WaSSI-C模型參數(shù)敏感性分析的基礎(chǔ)上，利用水碳驗證數(shù)據(jù)在雜古腦流域?qū)δＰ瓦M行了率定和驗證。其中將1988-1996年作為模型的率定期，1997-2006年

5、作為模型的驗證期，分別利用實測徑流數(shù)據(jù)和中分辨率成像光譜儀數(shù)據(jù)(MODIS)的總初級生產(chǎn)力（GPP）數(shù)據(jù)、蒸散（ET）數(shù)據(jù)，對模擬結(jié)果進行對比驗證。并利用決定系數(shù)(R2）和Nash-Sutcliffe效率系數(shù)(NS)兩個指標(biāo)對模擬效果進行評價。流域總徑流率定期和驗證期月尺度對比驗證的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驗證期的R2分別為0.89和0.78?？梢娔Ｐ湍M結(jié)果的兩個評

6、價指標(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)過程時空動態(tài)和轉(zhuǎn)換關(guān)系雜古腦流域水碳循環(huán)過程具有明顯的時空變異特征，并與植被類型和海拔高度具有較強的相關(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