基于多目标优化的湿润区概念性植被-水文耦合模型构建及应用OA

【目的】揭示湿润区植被生态与水文过程的相互作用机制,弥补传统概念性水文模型忽略植被动态反馈的不足,为湿润区生态水文过程模拟提供理论依据和实践参考。【方法】基于HYMOD概念性水文模型和BGM植被模型,构建植被-水文过程耦合模型HYMOD-BGM(HBM)。以澳大利亚两个湿润区域为研究对象,选取径流和叶面积指数为目标变量,分别采用单目标与多目标优化算法对模型进行率定与验证,系统分析不同优化方案下模型对径流和叶面积指数的模拟效果。【结果】(1)仅考虑水文单目标时,HBM对径流的模拟效果与HYMOD的相当,但难以重现叶面积指数变化,克林效率系数(KGE)低于0.15。(2)仅考虑植被单目标时,HBM能够较好地模拟叶面积指数动态,但对径流的模拟精度不足(KGE低于0.40),无法满足水文模拟需求。(3)同时考虑水文和植被多目标时,HBM对径流的模拟效果良好(KGE≥0.75),并能够兼顾叶面积指数的变化(KGE≥0.35),体现了多目标优化在植被-水文耦合模拟中的优势。【结论】单目标优化难以同时表征水文与植被过程,而多目标优化可以有效协调两者之间的权衡关系,提升耦合模型的综合模拟能力。未来应进一步引入物理约束与空间异质性表征,量化不确定性影响,以提高模型可靠性并拓展其应用范围。