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WaSSI-C模型在焉耆盆地的适用性改进与应用

侯晓臣;孙伟;李建贵;李全胜

【摘要】[目的]为缓解干旱区日益突出的水碳矛盾,进而为其水碳资源综合管理提

供有效的工具和决策支持.[方法]选取典型干旱区焉耆盆地为研究对象,基于WaSSI-

C模型(watersupplystressindex-carbonmodel)的理论框架和运行机理,针对研

究区的自然地理和环境特征,增加冰川融化计算模块,对WaSSI-C模型进行适用性

改进.以2000～2009年作为率定期,2010～2015年作为验证期,对研究区实测径流、

MODIS蒸散(ET)和总生态系统生产力(GEP)数据进行统计分析,利用决定系数(R2)

和效率系数(NS)评价模型的模拟精度,应用GIS空间分析技术探讨研究区水碳资源

的空间分布特征.[结果]1)研究区率定期和验证期总径流对比验证的R2分别为0.80

和0.77,NS为0.77和0.69;ET对比验证R2分别为0.82和0.79,NS为0.80和

0.76;GEP对比验证R2分别为0.88和0.84,NS分别为0.87和0.82;2)径流空间分

布呈现“西高东低、北高南低”的特点;ET和GEP均呈现“中间高,四周低”的特

点.[结论]改进后的WaSSI-C模型在焉耆盆地具有良好的适用性,且模拟结果显示焉

耆盆地的水碳资源具有明显的空间异质分布特征.

【期刊名称】《甘肃农业大学学报》

【年(卷),期】2019(054)003

【总页数】9页(P108-116)

【关键词】WaSSI-C模型;焉耆盆地;水碳耦合;空间分布

【作者】侯晓臣;孙伟;李建贵;李全胜

【作者单位】新疆农业大学计算机与信息工程学院,新疆乌鲁木齐830052;新疆农

业大学计算机与信息工程学院,新疆乌鲁木齐830052;新疆农业大学林业研究所,新

疆乌鲁木齐830052;新疆农业大学计算机与信息工程学院,新疆乌鲁木齐830052

【正文语种】中文

【中图分类】TP79

焉耆盆地作为典型的干旱绿洲区，是巴音郭楞蒙古自治州乃至新疆重要的农牧业基

地之一.近年来，随着绿洲城市的不断发展，以及全球气候变暖趋势日益加剧[1-3]，

焉耆盆地内植被恢复、水资源供应及气候变化之间的多重矛盾逐渐显现，水碳资源

的科学统筹与优化管理是解决这一矛盾的有效途径，其基本前提是对水碳耦合机制

的深入研究与应用[4].随着生态系统水碳关系研究的逐步深入，二者间的耦合关系

已经在不同的时空尺度上得到了证明[5-12].现阶段，关于焉耆盆地水碳资源的研

究，多集中于水文过程及植被分布变化[13-14]，有关水碳资源耦合的研究相对较

少.

当前，涡度相关技术可提供大量的、长期的、连续的水碳通量相关数据[19-20]，

水碳耦合机制及其定量化评估模型逐步成为研究热点[5-16].自20世纪80年代开

始，Farquhar等[17]提出的光合模型和Ball等[18]提出的光合与气孔导度关系模

型是水碳耦合模型研究的雏形.现有的水碳耦合模型可以划分为两种：(1)基于光合-

气孔-蒸腾机理构建的水碳耦合模型，主要有CEVSA模型[21]、BEPS模型[22]、

IBIS模型[23]等；(2)集成现有水文模型和生态模型构建的集成模型[24]，主要有

RHESSys模型[25]、DLEM模型[26]、WaSSI-C模型[27]等.其中，WaSSI-C模型

(Watersupplystressindex_carbonmodel)融合了Hamon的潜在蒸散(PET)模

型[28]、Mccabe的融雪模型[29]以及萨克拉门托模型[30]，已在我国和美国的部

分地区取得了很好的应用效果[31-32].本研究将干旱绿洲区的焉耆盆地作为研究对

象，针对研究区的自然地理和资源环境特征，在原WaSSI-C模型的基础上增加冰

川融化计算模块，以提高WaSSI-C模型在研究区的适用性，进而模拟并分析研究

区水碳资源特征，以期为焉耆盆地水碳资源综合管理提供可靠的科学数据基础和决

策工具支撑.

1材料与方法

1.1研究区概况

焉耆盆地是新疆天山山脉中的一个断陷盆地(E85°50′～87°50′，N41°40′～

42°20′)，面积为7231km2；盆地地形西北高东南低，海拔1047～1409m，

盆地东南部的博斯腾湖为