土壤水分动态随机模型研究进展-地理科学进展.PDF

第34 卷 第3 期 地理科学进展 Vol.34, No.3 2015 年3 月 ProgressinGeography Mar. 2015 土壤水分动态随机模型研究进展 胡 健，吕一河 (中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京 100085) 摘 要：土壤水是地球表层系统的重要组成，是水文循环的核心，控制着最基本的陆地生态系统格局与过程，是陆 地生态系统健康运行的关键。土壤水分动态是研究水文过程和陆地生态系统过程相互作用及反馈必不可少的一 环，是一系列水文、气候和生态过程非线性动态作用的结果。因此，土壤水分动态表现为脉动、无规律和随机的过 程，对其研究需要随机方法。本文综述了基于土壤水分平衡的土壤水分动态随机模拟的研究进展，主要关注土壤 水分动态随机模型的分类比较和适用性。希望能为国内生态水文学的定量研究提供一些参考，促进对水文循环与 陆地生态系统之间相互作用更好的理解，最终有助于水资源和生态系统的可持续管理。 关 键 词：陆地生态系统；生态水文；土壤水分平衡；土壤水分动态；随机模拟；研究进展 1 引言 环和植物N 的可获得性(DOdorico et al, 2003, 2005) 。在气候—土壤—植被动态系统(Climate- 土壤水分一直是生态水文学和自然地理学的 Soil-Vegetation Dynamics System)中，土壤水分动态 重要议题，也是促进多学科交叉综合研究的重要环 受一系列水文、气候(大气) 和生态过程影响，如降 节(Rodriguez-Iturbe, 2000; Porporato et al, 2002; Za- 雨、林冠截留、地表入渗、深层渗漏和植被水分利用 lewski, 2002) 。生态水文学主要是研究水文循环与 (蒸散发，ET)等(Rodriguez-Iturbe et al, 2004) 。而在 生态系统相互作用的科学，是一门交叉学科，而非 土壤—植被—大气连续体(Soil-Plant-Atmosphere 多学科简单的综合，其中心主题是水文对生态系统 Contunium, SPAC) 中，土壤水分是研究大尺度陆地 格局、多样性、结构和功能的影响，并伴随着生态系 表面过程与大气系统相互作用(Land-Atmosphere 统对水文循环与过程的反馈，涉及陆地与水生生态 Interaction) 的重要组分，土壤水分通过对冠层导度 系统和人类与环境关系的管理(水资源问题)(New- 的影响调节植被景观到陆地表层大气的水汽通量， man et al, 2006; Smettem, 2008) 。 对大气湿度和大气边界层有强烈的作用，最终反馈 土壤水是地球表层系统的重要组成和水文循 于降水格局和水循环，同时受气候系统的影响，形 环的核心，控制着最基本的陆地生态系统格局与过 成反馈环，特别是植被与水(Asbjornsen et al, 2011; 程，是陆地生态系统健康运行的关键，即水文和生 Ellison et al, 2012; Orellana et al, 2012) 、植被与气候 态过程的关键(DOdorico et al, 2010; Legates et al, (Bonan, 2008) 、土壤水分与气候(DOdorico et al, 2010) 。水文过程对生态系统的影响主要是由土壤 2004; Legates et al, 2010; Seneviratne et al, 2010) 间 水分动态决定的，土壤水分动态通过对植被水分胁 的反馈关系最为显著。 迫的发生、强度和历时的影响，决定着气孔导度、光