Page 124 - 水利学报2025年第56卷第4期
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如今全球气候变化对中国水资源的时空分布和生态系统生产力的影响日益加剧，而人类活动如土
地利用变化、水资源开发等进一步加剧了水碳平衡响应的不确定性。为了准确量化评估环境变化因素
对中国流域水碳循环关键要素与水碳耦合关系的影响，亟需加强全国尺度的分布式水碳耦合模拟研
究。然而，构建有效的流域水碳耦合模型需要大量气候气象、植被、土壤、水文与生态数据，且模型
的验证依赖于高密度、长序列的流量站点数据。由于中国地理气候条件的多样性、陆地生态系统水碳
耦合过程的复杂性与空间异质性，以及数据的稀缺性等因素，以往研究大多针对某一特定区域或流域
展开分析。因此，本研究基于 WaSSI （Water Supply Stress Index） 生态水文模型，针对中国十大流域特
点对原始模型进行改进与优化，构建出月尺度中国流域水碳平衡模拟模型 WaSSI-CN，为变化环境下
中国流域水碳平衡演化规律与响应分析提供基础工具。
2 模型结构
WaSSI 模型是由美国农业部开发的月尺度生态水文模型 ［5-6，21］ ，在美国 ［22-23］ 、非洲 ［24］ 、中国 ［25-26］ 等
地已广泛用于气候、土地利用与植被、经济社会发展等环境变化下的水碳循环模拟与评估。其优势在
于结构简洁，较好考虑了土地利用方式与植被指数对流域水量平衡的影响，可有效模拟流域内不同生
态系统类型的产流与固碳过程。
WaSSI-CN 模型在原始 WaSSI 模型的基础上改进构建。模型以 0.1°×0.1°空间分辨率将中国划分为
97 711 个网格单元，以各个网格内的农田、落叶林、常绿林、混交林、草地、灌木、湿地、城镇、裸
地以及水域等 10 种土地利用斑块为基本计算单元，可模拟有效降水、蒸散发、土壤湿度、径流、总初
级生产力（Gross Primary Productivity，GPP）、生态系统呼吸（Ecosystem Respiration，RE）和净生态系统
碳交换（Net Ecosystem Exchange，NEE）等水碳平衡关键要素。WaSSI-CN 模型由水循环和碳循环模块
两部分组成，其中水循环模块模拟各计算单元内的有效降水、积雪融雪、土壤水运移和转换、蒸散发
下渗、地表/地下径流、汇流等水文过程；碳循环模块根据各计算单元内的蒸散发、水汽条件和植被
覆盖特征，模拟不同土地利用类型上的碳收支及其组分。模型结构见图 1。
图 1 中国流域水碳平衡模拟模型 WaSSI-CN 结构示意
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