全球气候变化与区域人类活动影响下，陆地水循环正经历深刻演变，并在人类活动密集区与生态水文脆弱区表现尤为突出。陆面-生态-水文模型是刻画陆地水循环过程的重要工具，近年来整体呈现多尺度、多过程及人类-自然耦合的发展趋势。然而，冰川冻土区能量平衡与流域水文过程之间的耦合尚不充分，模型难以准确再现冰川消融、冻土退化及其径流响应；地形复杂区土壤、植被、水文过程存在空间高度异质的相互作用，模型描述土壤水文、植被动态等过程尚有较大不确定性；而在人类活动密集区，由于缺乏高精度实测数据的有效约束，灌溉等人类活动的模拟（包括区域取水与水库协同调度等）仍被不同程度简化。

针对上述问题，中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用全国重点实验室袁星研究员团队，研发了第三代联合地表-地下过程模型（Conjunctive Surface–Subsurface Process Model version 3, CSSPv3, 图1）。该模型在统一的水量-能量平衡框架下，集成灌溉、水库调度、城市化等人类活动过程，引入碳-水动态耦合机制，并耦合冰川消融与再凝结等关键过程，构建了陆面-生态-水文全球耦合模拟平台。

图1. 第三代联合地表-地下过程模型（CSSPv3; Yuan et al., 2026）

与上一代模型CSSPv2相比，新模型在受人类活动与冰川融化影响流域的径流模拟、灌区蒸散发估算、冰川物质平衡等方面均取得明显改进。CSSPv3总初级生产力和生态系统呼吸等模拟结果与国际多模式产品高度一致。利用新发展的CSSPv3，研究团队进一步构建并发布了一套全球长序列（1991-2020年）、0.25°空间分辨率的陆面-生态-水文变量数据集。通过与多源观测资料以及26套国际主流陆面模式/水文模式模拟产品进行对比，CSSPv3模拟数据在灌溉量（图2）、径流量（图3）、土壤湿度（图4）、蒸散发（图5）等关键水文要素的模拟精度上均显著提升。

图2. 2000年灌溉量模拟评估:（a）CSSPv3模拟的全球灌溉量空间分布；（b）CSSPv3模拟值与观测数据的对比；（c）CSSPv3、ISIMIP2a全球产品及CLM5模拟灌溉量偏差的空间分布对比（Yuan et al., 2026）。

图3. 基于水文测站的月径流KGE效率系数评估：CSSPv3、CSSPv2与ISIMIP2a模式全球产品的对比结果（Yuan et al., 2026）。

图4. 基于土壤湿度站点的KGE效率系数评估：CSSPv3、卫星资料ESA-CCI及再分析数据ERA5、ERA5-Land、GLDAS在不同土层深度（0-10 cm、10-40 cm、40-100 cm）的对比结果（Yuan et al., 2026）。

图5. 基于FLUXNET通量站点的多指标评估: CSSPv3与26套全球数据集的对比结果（Yuan et al., 2026）。所采用的指标包括效率系数KGE、相关系数CC、均方根误差RMSE，各指标经标准化处理，数值越大表示模型表现越优。

该数据集涵盖灌溉量、蒸散发、三个土层深度（0-10 cm、10-40 cm、40-100 cm）的土壤湿度、径流量、总初级生产力和生态系统呼吸等变量，可为全球变化、水资源管理、生态系统评估及陆面过程模拟研究提供支撑。该数据集已经通过Science Data Bank免费公开发布(https://doi.org/10.57760/sciencedb.iap.00015)。

相关研究成果近期发表于地球系统模式领域权威期刊《Journal of Advances in Modeling Earth Systems》。该研究由大气所曾庆存院士和马里兰大学梁信忠教授指导完成，第一兼通讯作者为袁星研究员，合作者包括大气所博士研究生李晨远，南京信息工程大学季鹏副教授、焦阳博士等。该研究得到国家重点研发计划（2024YFC3012404、2018YFA0606002）、国家自然科学基金（U22A20556、42330604）和国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”(EarthLab)等支持。

文章信息：

Yuan, X., C. Li, P. Ji, X. Xi, S. Li, Y. Jiao, Y. Hao, X.-Z. Liang, and Q. Zeng, 2026: Development and evaluation of the Conjunctive Surface-Subsurface Process Model version 3 (CSSPv3) at global scale. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 18, e2025MS005440. https://doi.org/10.1029/2025MS005440.