APEX 和 RWEQ 风蚀模型在塔里木盆地的适用性分析与改进

APEX 和 RWEQ 作为目前通用的土壤风蚀预报模型，在许多国家和地区得到了广泛的应用。本文选取塔里木盆地阿克苏绿洲的枣园、棉田和沙漠（荒漠绿洲过渡带）三种典型的下垫面对比分析了 APEX 和 RWEQ 在该研究区的适用性。在多场大风事件中，通过野外试验监测，获得 APEX 和 RWEQ 模型参数、以及土壤流失量和风蚀沙通量的实测值。再通过参数率定，模型模拟，获得土壤流失量和风蚀沙通量的模拟值。对比实测值和模拟值，对模型进行模型适用性分析。结果显示：1. 两个模型在不同下垫面的预测精度各异。初始的 APEX 模型对棉田点（模型一致性指数 (d)=0.81, R2=0.50）和荒漠绿洲过渡带（d=0.81, R2=0.91）的土壤流失量模拟较好。然而，初始的 APEX 模型在枣园点对土壤流失量和沙通量模拟性能欠佳，其首要原因可以归结为该模型高估了植被在风沙运动中的保护作用（过程参数 VCF 偏小）。2. 在所选取的三个下垫面中，初始的 RWEQ 模型对土壤流失量的模拟均表现不佳。模型对土壤流失量和风蚀沙通量的预测值偏低。在棉田下垫面，预测值偏低可以归因于该模型对 S（试验地长度制约参数）的模拟性能不佳。在枣园点，该模型对风蚀沙通量的模拟性能预报不佳可以归因为对 Qmax的预报精度不够。3. 不区分下垫面，合并分析 23 个大风事件，我们发现初始的 APEX 模型模拟土壤侵蚀（包括土壤流失量和风蚀的沙通量）的性能要高于 RWEQ 模型。对比其它主要风蚀区域的模拟性能，例如美国华盛顿州的哥伦比亚高原的休耕轮作的小麦下垫面，初始的 APEX 模型对土壤流失量模拟效果也不理想，模型一致性指数为 0.18，低于该模型在塔里木盆地的模拟效果。初始的 RWEQ 模型模拟土壤流失量的性能良好，模型一致性指数 0.76，回归的拟合优度（R2）为0.40，高于该模型在塔里木盆地的模拟效果。模型参数校准是提高模型模拟性能的一个重要方法。本文选取的 APEX 和RWEQ 模型均包含大量的经验参数，这些非可测量的经验参数是模型本地应用精度不高的原因之一，也是模型率定的重点。本文运用模型参数暴力破解校准法 (brute force calibration technique)对模型参数进行校准，为更好的比较 APEX和 RWEQ 两个模型在不同下垫面的模拟性能，选取同样的大风事件来校准APEX 和 RWEQ 模型的过程参数。模型校准的结果显示： 通过模型过程参数的校准，除了在枣园下垫面的 RWEQ 模型，APEX 和 RWEQ 两个模型在所选取的其它下垫面，均有较高的模型性能。校准后的 APEX 和 RWEQ 模型，在棉田和荒漠绿洲过渡带点的模拟性能良好。APEX 和 RWEQ 模型在研究区适用性的提高，可以更好地为塔里木盆地的风蚀预报及沙尘治理工作服务。风洞试验可以定量控制风蚀影响因子，包括风速，沙源，边界条件等在短时间内取得较多的观测数据，本文利用可移动野外风蚀风洞在不同种农田耕作方式下测试了RWEQ 模型的性能。RWEQ 模型的一些积分方程和模型参数源自风洞试验，所以相对于野外实测的风蚀试验，RWEQ 模型在风洞试验中对土壤损失量的模型模拟性能更好（d>0.65 , 且 R2>0.90）。