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水分利用效率将光合生产与蒸散耗水联系在一起，是农学、植物生理学、植物生态学等学科的常见概念。在生态系统尺度上，由于不同的生产力和耗水量度量方式及不同的时间和空间尺度，存在大量的水分利用效率的定义。定义不同的水分利用效率是为了这一参数在表达生态系统对碳同化和耗水量的权衡，使碳水耦合过程对环境变化响应时更加合理。 本文对近些年提出的两种生态系统水分利用效率指标——内在水分利用效率(IWUE)和固有水分利用效率(uWUE)与经典的水分利用效率指标(WUE)在黄土高原典型半干旱草地生态系统的适宜性进行了比较，主要分析了不同指标在小时、日和年尺度上的一致性和稳定性，并提出优化水分利用效率(oWUE)指标，比较了不同定义的水分利用效率指标在模拟总初级生产力（GPP）逐日动态过程上的表现。 结果显示IWUE和uWUE适合在日和小时尺度分析植被的碳水耦合特征，WUE适合分析年尺度的碳水耦合特征;优化水分利用效率指标在描述碳水耦合特征方面与uWUE相比并没有本质性改善，但在用于模拟GPP动态过程时的模拟效果改善明显;采用oWUE和uWUE指标能改善植被生长盛期的GPP动态过程模拟，但在生长季早期和晚期的模拟效果比WUE差。IWUE指标不适合模拟GPP动态过程。 黄土高原草地是我国草地的重要组成部分，研究WUE不同算法为揭示该生态系统碳水耦合关系提供依据。本研究首次对黄土高原半干旱草地WUE不同算法在时间尺度进行分析，对于以往计算该地区WUE算法进行改进，并得出稳定参数值，使之更符合其植物生理特性。同时为之后结合遥感及其他数据计算黄土高原地区GPP，ET，WUE提供了模型和参考，为该地区建立碳水耦合模型和生态系统植被恢复提供了更好的依据。