Page 125 - 水利学报2025年第56卷第4期

为了对中国长序列水碳平衡要素进行模拟和重构，本研究对初始 WaSSI 模型进行了如下改进：
（1）将潜在蒸散发计算公式由只考虑气温的 Hamon 经验公式 ［27］ 改为 Penman-Monteith 公式 ［28］ ，从而更为
全面的反映气候变化背景下辐射、湿度和风速等气象要素的演变对蒸散发过程的影响；（2）结合中国
地区的研究成果，改进了积融雪模块，提高了模型在高纬度和高海拔地区的精确度；（3）结合 Hydro⁃
SHEDS 数据集 ［29］ 中的流域属性数据，改进汇流计算；（4）在碳循环模块中，使用考虑饱和水汽压差
（Vapor Pressure Deficit，VPD）的潜在水分利用效率系数（Underlying Water Use Efficiency，UWUE）替代
水分利用效率系数（Water Use Efficiency，WUE），以此反映气候变化下大气中蒸发动力对水分利用效
率的影响。

3 模型原理与参数

3.1 水循环模块 水循环模块主要包括积融雪、蒸散发、土壤水运移与产流、汇流等子模块。
3.1.1 积融雪模块 为了厘清水循环过程中降水相态的影响，提高模型在高海拔高纬度地区的精度，
模型集成了 McCabe 等 ［30］ 构建的积融雪模型。积融雪模拟的理论基础是温度对水的三态变化的影响，
依据气温将降水划分为不同相态（降雨、降雪以及雨夹雪），计算降雨与积融雪过程，并得到有效降
水。计算公式如下：
ì P， T a ≤ T snow
ï ï
ï ï
P snow = í P T rain - T a ) ， T snow < T a < T rain （1）
ï ï ( T rain - T snow
ï
ï ï ï 0， T a ≥ T rain
î
ì 0， T a ≤ T snow
ï ï
ï ï )
SM = í snostor × meltmax T rain - T a ， T snow < T a < T snow （2）
ï ï ( T rain - T snow
ï
ï ï ï snostor × meltmax， T a ≥ T rain
î
P e = P - P snow + SM （3）
式中：P 为降水量，mm；T a 为月平均气温，℃；P snow 为降雪量，mm；T snow 和 T rain 分别为降雪和降水温度阈
值，℃；snostor为积雪存储，mm；meltmax为最大融雪率；SM 为融雪量，mm；P 为有效降水量，mm。
e
对积融雪参数进行敏感性分析，发现降雨、降雪的气温阈值参数在中国北方的部分地区有一定影
响 ， 而 最 大 融 雪 率 meltmax 的 影 响 较 小 。 因 此 ， 在 计 算 积 融 雪 模 块 时 ， 将 最 大 融 雪 率 统 一 设 置 为
［30］
McCabe 等推荐的取值 0.5 。在中国地区的积融雪研究中，已有学者根据历史观测数据，在不同地理
和气候特征的区域建立经验或半经验的降水相态规律与雨雪转换关系 ［31-34］ ，模型中十大流域所采用的
降雨和降雪气温阈值参数值见表 1。

表 1 中国十大流域区积融雪模块参数

松花江 辽河 海河 黄河 淮河 长江 东南诸河 珠江 西南诸河 西北诸河
降雨气温阈值/℃ 8.1 9.5 8.7 2.0 8.1 4.1 2.4 2.4 2.4 2.4
降雪气温阈值/℃ -5.6 -6.8 -8.2 -1.0 -5.6 -2.5 -1.0 -1.0 -1.0 -1

3.1.2 蒸散发模块 模型首先使用联合国粮农组织推荐的 Penman-Monteith 公式计算参考作物蒸散发
（Potential Evapotranspiration，PET），既而通过引入 Sun 等 ［35］ 和 Fang 等 ［36］ 建立的蒸散发回归模型，计算
考虑土地利用与植被指数的潜在蒸散发（Potential Actual Evapotranspiration，PAET），最后，将潜在蒸
散发导入土壤蓄水演算中，得到实际蒸散发。其中，PAET 经验模型参数源自 43 个测站基于涡度协方
差或液流技术的生态系统级 ET 测量数据集 ［35］ 。这些测站广泛涵盖了全球范围内不同的气候背景与生
物群落，包括美国东南部阿巴拉契亚山脉的亚热带雨林、澳大利亚东部炎热干燥的林地、中国北方半

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