流域生态水文模型研究和问题.pdf

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1、第34卷第5期第四纪研究Vo1．34，No．52014年9月QUATERNARYSCIENCESSeptember，2014文章编号1001—7410(2014)05—1082—12流域生态水文模型研究和问题术冯起①②③尹振良①②③席海洋①②③(①中国科学院寒区旱区环境与工程研究所阿拉善荒漠生态一水文试验研究站，兰州730000；②甘肃省水文水资源工程技术研究中心，兰州730000；③中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室，兰卅I730000)摘要在生态水文学的发展进程中，流域生态水文模型是研究的重要分支和热点问题。它可

2、以通过不同尺度的生态过程和水文过程的耦合描述，揭示其相互作用机制与关系。发展至今，对流域生态水文模型的研究已取得一些阶段成果，从最初描述单过程的经验模型到清晰刻画物理过程的分布式模型，主要经历了单向耦合模型、概念模型、半物理过程模型和物理过程模型。目前，流域生态水文模型在森林流域和干旱半干旱区流域生态水文过程对气候变化的响应及土地利用对作物产量影响等方面的研究中得到广泛应用。现有模型在对植被一水文相互作用机制的刻画、流域尺度转换、模型参数估计、输入数据、模拟精度与不确定性等方面存在一些问题，这些问题也是未来生态水文模型研

3、究的重点。生态水文模型的研究依赖于生态水文学的学科发展和理论研究，要紧密结合生态水文学的最新研究进展，才能够实现模型在理论上的突破。主题词流域生态水文模型生态水文过程相互作用研究进展中图分类号P332，Q14文献标识码A生态水文过程是地球表层系统中生态过程和水制，阐明两者之间的关系¨“。生态水文模型为探文过程的耦合，它是地球表层系统发展和演化的基索和认识变化环境下的地球表层系统生态水文格局本过程’。以生态水文过程为基本研究内容，通及其演变历史、生态水文过程和未来演变态势，实过对地表不同时空尺度的生态水文特征和生态水文现流

4、域空间上的生态和水文信息的综合提供了一个重要手段与方法。因此，在生态水文学的发展进程过程的探讨，寻求和建立地球表层系统可持续的生中，流域生态水文模型一直是研究的重要分支和热态水文模型，实现水资源和水环境的可持续管理，点问题¨。是生态水文学面临的热点和难点科学问题[3-7]。流域是水文响应的基本单元，也是水文水资源研究的1流域生态水文模型研究现状基本单元，因而成为生态水文过程研究最理想的基广义地讲，生态水文模型就是任何可以用于生本空间尺度。流域生态水文过程研究就是将流态水文研究的模型。狭义地讲，在模型构建中，考域水文和流域

5、生物区系(尤其是植被)在流域空间虑生态水文过程的一类模型就是生态水文模型。上加以整合，形成超有机体，揭示这一超有机体在传统的水文和生态模拟研究一直集中于建立单一模自然和人类驱动下的形成和演化过程，从而将流域型，孤立地看待生态过程与水文过程。水文模型关的生态学属性、水文学特征、自然和人类活动对流注流域的产汇流等物理过程，很少或没有考虑植被域生态系统的干扰等有机地结合在一起，这也是20的生物物理和生物化学过程。生态模型则重点世纪90年代生态水文学被正式提出的重要理论基关注土壤一植被一大气连续体垂向机制，基本不考虑础和核心思想

6、。或者简化处理土壤水运动，并且忽略水平方向上的生态水文模型是生态水文过程研究的一个有力侧向径流过程¨。工具。它可以通过对不同尺度的生态过程与水文过流域生态水文模型的兴起一方面得益于地理信程的描述，并把两者耦合起来，揭示其相互作用机息技术、遥感等空间信息获取技术为流域过程模拟第一作者简介：冯起男48岁研究员水文与水资源学专业E．mail：qifeng@lzb．ac．cn国家自然科学基金项目(批准号：31370466和91025002)资助2014-05-08收稿，2014-06-l1收修改稿5期冯起等：流域生态水文模型研究

7、和问题提供详细的流域下垫面条件的空间分布信息；另一用的描述，将现有模型归为两大类：1)在水文模方面流域分布式水文模型的出现，使得在各个空间型中考虑植被的影响，但不模拟植被的动态变化，单元上耦合田间尺度的生态模型成为可能。流为单向耦合模型；2)将植被生态模型嵌入到水文模域生态水文模型的起源有两大分支¨：1)流域水型中，实现植被生态一水文交互作用模拟，为双向文模型中对植被因素的考虑，由于下垫面变化对水耦合模型。当前的研究主要集中于松散地耦合现有文过程及水量平衡有显著影响，大多数水文模型不生态模型与水文模型，而对于建立统一物理

8、机制的同程度地考虑了植被因素的影响，这些模型中，垂生态水文模型仍处于前期探索阶段。向植被参数化主要包含在蒸腾、根系吸水、冠层能1．1．1单向耦合模型量传输以及二氧化碳交换4个过程的描述中，而空目前，单向耦合模型主要是从水文模拟的角度间植被参数化主要体现在不同植被类型的空间分布出发，利用含有陆域模块的水文模型的水分输出