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水 利 学 报

２０２４年 ５月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ５期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０５ － ０５１６ － １２

北京市主城区高分辨率的城市水碳通量模拟研究

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邵薇薇 ，邵 蕊 １，２ ，倪广恒 ，王义成 ，杨志勇 ，刘家宏 １
（１．中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 １０００３８；
２．清华大学 水利水电工程系 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 １０００８４）
摘要：城市化通过影响地表蒸散发（ＥＴ）过程改变了区域水热平衡等水文和生态过程，进而改变了陆地生态系统
的结构与功能。为科学评估城市水碳过程，基于哨兵二号卫星数据的植被信息，估算了 ２０１６—２０２１年逐月北京
市主城区 １０ｍ × １０ｍ空间分辨率的植被指数，进一步结合 ＰＴ － ＪＰＬｉｍ四源蒸散发模型、ＩｎＶＥＳＴ模型以及解析型生
态系统水分利用效率（ ＷＵＥ）模型，模拟了 ２０１６—２０２１年北京市主城区 １０ｍ × １０ｍ空间分辨率的蒸散发、蒸散发
分量（植被蒸腾 Ｅ、土壤蒸发 Ｅ、截留蒸发 Ｅ 和不透水面蒸发 Ｅ）、总初级生产力（ＧＰＰ）、碳储量以及 ＷＵＥ的
ｔ ｂ ｉ ｕ
月值，并分析了其相关关系。植被 指 数 较 大 值 集 中 在 西 部 山 区，其 次 为 北 京 市 的 公 园 区 域，归 一 化 植 被 指 数
ＮＤＶＩ最大值为 ０．６５。主城区多年平均蒸散发量为 ４９７ｍｍ，ＥＴ随着叶面积植被指数 ＬＡＩ和增强植被指数 ＥＶＩ的增
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加而增加。２０１６—２０２１年期间，ＮＤＶＩ、ＬＡＩ和 ＥＶＩ分别以每年 ０．００４８、０．０１６ｍ ·ｍ 和 ０．００４７的速度增加。区域
平均 Ｅ 为 １４１．５１ｍｍ，Ｅ 为 ５０．７７ｍｍ，Ｅ 为 ２７２ｍｍ，不透水面上的 Ｅ ?ＥＴ为 １８．２％。碳储量较高的区域主要分
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布在西部山区，该区域海拔相对较高，植被覆盖率较高，总碳储量密度高值超过 ５ｔ?ｈｍ 。研究区 ＧＰＰ的平均值
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为 ２．７ｇ·ｍ ·ｄ ，多年平均 ＷＵＥ为 ０．６３ｇ·ｍｍ 。ＷＵＥ和 Ｅ?ＥＴ呈显著负相关（Ｒ ＝－ ０．４４ ，ｐ＜０．００１），ＷＵＥ随
ｔ
ＧＰＰ的增加呈现显著的上升趋势。精细化的城市水碳模拟能够为海绵城市的建设和评估提供理论基础，对 “双
碳” 目标的实现具有重要意义。
关键词：城市化；生态系统；蒸散发；北京市；水分利用效率
文献标识码：Ａ
中图分类号：Ｐ３３９ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０５８１

１ 研究背景

城市化带来的城市建成区不断扩张改变了土地覆盖类型，主要体现在森林、湿地、农田面积减
少，城市用地增加 ［１］ 。城市土地覆被变化是自然生态系统和人类活动相互作用最为密切的环节 ［２］ 。城
市化通过影响地表蒸散发来改变区域水热平衡过程和生态系统水分收支 ［３］ ，并永久改变陆地生态系统
的结构与功能，进而带来一系列生态水文效应 ［４］ 。在全球范围内，城市化面积虽然只占世界陆地面积
的 ２％，却产生了全球约 ７５％的碳排放，科学合理的土地利用和管理方式可以重新固定大约 ６０％～７０％
已耗损的碳 ［５］ 。随着城市的发展，国土空间规划所引起的碳汇能力变化直接影响到 “双碳” 目标的落
实和减排方案的制定。因此，结合城市的生态水文过程，分析城市的水碳通量变化，能够助力 “双
碳” 目标的落实。
蒸散发（ Ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ，ＥＴ）作为城市水文过程和地表能量平衡的关键组成部分，在水循环和
缓解城市热岛效应方面发挥着重要作用 ［６］ 。与自然生态系统不同，城市生态系统中对土地覆盖的大量
人工改造，如不透水面，包括屋顶、广场和水泥或沥青道路。基于改进的 ＰＴ － ＪＰＬ（Ｐｒｉｅｓｔｌｅｙ － ＴａｙｌｏｒＪｅｔ

收稿日期：２０２３ － ０９ － １９
基金项目：北京市 自 然 科 学 基 金 项 目 （８２２２０３６）；国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （５１９７９２８５，Ｕ２２４０２２３）；国 家 重 点 实 验 室 自 主 研 究 课 题
（ ＳＫＬ２０２２ＴＳ１１）；水利部重大科技项目（ＳＫＳ － ２０２２１２６）；中国水利水电科学研究院基本科研业务费专项（ＷＲ１１０１４５Ｂ００４２０２３）
作者简介：邵薇薇（ １９８１ － ），博士，正高级工程师，主要从事水文学及水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｓｈａｏｗｗ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ
通信作者：邵蕊（１９９６ － ），博士生，主要从事蒸散发模拟研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｓｒ２０＠ｍａｉｌｓ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ

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