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空間生態水文學（簡體書）
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商品簡介
目次
商品簡介
本書系統闡述了空間生態水文學的概念，生態水文學的過程及尺度，大尺度生態水文學的研究方法，遙感和同位素在空間生態水文學研究中的應用，以及生態水文過程的耦合與模擬等基礎理論研究成果。本書以分佈在我國各自然地理區的森林生態站和水文觀測站為依託，基於森林生態系統定位觀測數據和典型大流域綜合觀測數據資料，採用對比流域分析、時間序列分析、降水-徑流雙累積曲線方法、生態水文模型模擬、空間遙感與穩定同位素等方法，對比研究了不同氣候帶典型大流域森林生態水文過程的變化規律、生態水文過程的耦合及氣候變化、植被變化對關鍵生態水文過程的影響、中國樣帶尺度的森林水量平衡格局及其對氣候變化的響應、全球變化背景下流域的適應性管理，為促進空間生態水文學的發展、合理開發利用森林資源和水資源、實施自然生態系統保護與修復以及“山水林田湖草”系統治理、提升森林生態水文功能及適應氣候變化的流域生態系統管理與森林可持續經營提供科學依據和決策參考。
目次
目錄
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 空間生態水文學的概念及內涵 1
1.2 生態水文學研究現狀與發展趨勢 1
1.3 空間生態水文學研究的意義 4
主要參考文獻 5
第2章 變化環境下的空間生態水文學 8
2.1 全球變化 8
2.1.1 氣候變化 8
2.1.2 土地利用/土地覆被變化 13
2.1.3 氮沉降 14
2.2 全球變化與陸地生態系統 15
2.2.1 植被生理學變化 15
2.2.2 植物生長與生產力 17
2.2.3 植物物候變化 18
2.2.4 植被分佈與氣候變化 20
2.2.5 植被演替 21
2.3 全球變化與生態水文學 22
2.4 氣候變化條件下空間生態水文學的發展需求 24
2.4.1 空間生態水文學研究尺度的變化 24
2.4.2 空間生態水文動態過程的時空耦合研究是未來發展方向 25
2.4.3 空間生態水文學的長期定位研究與聯網觀測網絡的建設 27
主要參考文獻 29
第3章 空間生態水文學的過程與尺度 39
3.1 生態水文過程 39
3.1.1 生態系統的生態水文過程 39
3.1.2 流域尺度的生態水文過程 41
3.1.3 景觀和區域尺度的生態水文過程 43
3.2 植被生態水文過程的尺度 43
3.2.1 植被特徵的尺度差異 43
3.2.2 植被生態水文的尺度效應 44
3.3 空間與時間尺度的權衡 46
3.4 大尺度生態水文過程的複雜性 47
3.4.1 植被結構和動態變化的表徵 47
3.4.2 尺度轉換 47
3.5 景觀生態學在生態水文學中的應用 48
3.6 景觀動態與水文水資源效應 49
主要參考文獻 49
第4章 生態水文學研究方法 53
4.1 配對流域實驗 53
4.2 水文圖形法 54
4.2.1 流量歷時曲線 54
4.2.2 雙累積曲線 55
4.2.3 改進型雙累積曲線 56
4.3 統計分析法 57
4.3.1 時間序列分析 58
4.3.2 非參數檢驗 58
4.3.3 多元線性回歸 59
4.3.4 敏感性分析 59
4.4 生態水文模型及其特點 60
4.4.1 生態水文模型的概念及主要功能 61
4.4.2 國內水文模型 61
4.4.3 國外大尺度生態水文模型 63
4.5 遙感監測和同位素技術 66
4.5.1 遙感 66
4.5.2 同位素 66
4.6 結論及展望 67
主要參考文獻 68
第5章 遙感在空間生態水文學中的應用 71
5.1 研究背景 71
5.1.1 遙感與生態水文學的關係 71
5.1.2以歸一化植被指數為代表的遙感光譜指數在生態水文學中的廣泛應用 75
5.1.3高光譜遙感在生態水文學中的深度應用與未來的方向 76
5.2 植被結構與功能的遙感分析 78
5.2.1 NDVI與植被功能的動態表達 78
5.2.2重要的植被結構特徵參數 葉面積指數 80
5.2.3植被物候過程的研究 82
5.3 植被生態水文過程參數的遙感估算 89
5.3.1 葉面積指數的遙感數據估算 89
5.3.2景觀尺度上植被降水截留的空間模擬 97
5.3.3 基於遙感的蒸散模型 106
5.4 植被活動強度與長期水文效應的遙感分析 150
5.4.1 植被活動強度對水文的影響概述 150
5.4.2 數據處理與方法 151
5.4.3溫度、降水與不同植被類型組NDVI時間序列的變化趨勢 154
5.4.4 NDVI時間序列和氣候變化趨勢 154
5.4.5 NDVI和流域徑流關係的季節性檢驗 155
5.4.6 NDVI和流域長期徑流量的變化關係 156
5.4.7 討論與小結 157
主要參考文獻 158
第6章 同位素在空間生態水文學中的應用 173
6.1 穩定同位素技術 173
6.2 利用氫氧環境同位素研究森林生態系統水文過程 174
6.2.1 森林生態系統的水循環與轉化 174
6.2.2 林冠穿透水 175
6.2.3 地表水/地表徑流 175
6.2.4 土壤水和壤中流 176
6.2.5 地下水 177
6.2.6 植物水 177
6.3 利用氫氧環境同位素研究灌叢水文過程 178
6.4 穩定同位素技術在岷江流域森林生態水文中的應用 178
6.4.1 岷江上游的降水來源 178
6.4.2植被空間配置對徑流分配的影響 179
6.4.3岷江上游主要植被類型的水分轉換過程示蹤 182
6.4.4 岷江上游主要植被類型間的局地景觀水循環 184
主要參考文獻 186
第7章 水碳耦合與模擬 189
7.1 水碳耦合關係 189
7.1.1 不同空間尺度的水碳耦合關係 189
7.1.2 水碳耦合關係的重要評價指標――水分利用效率 190
7.1.3 水碳耦合中的關鍵過程――蒸散 193
7.1.4 氣候變化對水分利用效率的影響 195
7.2水碳耦合模型 196
7.2.1 基於光合-氣孔-蒸騰機理構建的模型 197
7.2.2 基於模塊化集成的模型 198
7.2.3 模型尺度的選擇及不確定性 199
7.3水碳耦合模型實例――基於WaSSI-C模型對川西亞高山地區水碳耦合關係的研究 200
7.3.1 研究區概況 201
7.3.2 多源數據處理 206
7.3.3 WaSSI-C模型介紹 212
7.3.4 WaSSI-C模型改進 214
7.3.5 模型的評價方法和不確定性分析 216
7.3.6 WaSSI-C模型響應單元空間尺度的確定 217
7.3.7 WaSSI-C模型的率定和驗證 221
7.3.8 雜谷腦流域水碳過程模擬結果 226
7.3.9 雜谷腦流域水碳平衡的評價 235
7.4 本研究小結 237
主要參考文獻 238
第8章 北溫帶森林生態水文過程的變化規律 244
8.1森林生態系統對降水輸入過程的影響 245
8.1.1 森林冠層對降水的再分配過程 245
8.1.2 北溫帶主要森林類型對降雨輸入過程的影響 246
8.1.3 不同森林類型對降雪輸入過程的影響 247
8.2森林生態系統的蒸散規律 248
8.2.1 不同林木樹種的蒸騰規律 248
8.2.2 不同森林林分尺度的蒸騰耗水規律 249
8.2.3 林地地面的蒸發規律 250
8.3 小流域森林覆蓋率對徑流的影響 251
8.3.1 對比流域森林覆蓋率和年徑流量變化情況 251
8.3.2 森林覆蓋率變化對年徑流深度的影響 252
8.3.3 森林覆被變化對洪峰徑流的影響 253
8.3.4 森林覆被變化對融雪徑流的影響 253
8.4 大流域森林植被變化對徑流的影響 254
8.4.1 湯旺河流域的森林覆蓋率變化 254
8.4.2 森林覆蓋率變化對年徑流深度的影響 256
8.4.3 森林覆蓋率變化和氣候變化對河川徑流的貢獻率分析 258
主要參考文獻 259
第9章 中溫帶森林生態水文過程的變化規律 263
9.1 中溫帶森林生態系統的降水再分配過程 263
9.1.1 不同樹種降雨截留的差異 263
9.1.2 中溫帶針闊葉混交林的降雨再分配過程 267
9.2 森林生態系統的蒸散規律 270
9.2.1 主要樹種的蒸騰規律 270
9.2.2 森林蒸散模型與模擬研究 277
9.2.3 中溫帶針闊葉混交林的積雪昇華過程 282
9.2.4 森林流域蒸散過程的時空變化 289
9.3 森林流域徑流變化及其影響因素 295
9.3.1 森林流域徑流變化分析 296
9.3.2 森林流域徑流的主要影響因素分析 301
9.3.3 氣候變化和土地利用變化對徑流的影響 309
主要參考文獻 316
第10章 南亞熱帶降水時空特徵變化對植被水文過程的影響 322
10.1 近50年來南亞熱帶區域降水的基本特徵 322
10.1.1 年際動態 322
10.1.2 季節動態 322
10.1.3 日動態 323
10.1.4 特徵與變化趨勢評估 323
10.2 降水在南亞熱帶主要植被類型中的再分配過程 323
10.2.1 研究方法 324
10.2.2 穿透水 324
10.2.3 樹幹徑流 326
10.2.4 冠層截留 330
10.2.5 穿透水與樹幹徑流的養分特徵 331
10.2.6 討論 333
10.3 南亞熱帶主要植被類型的降水-產流特徵 333
10.3.1 徑流量的測定與計算 333
10.3.2 3種森林生態系統的徑流特徵 334
10.3.3 地表徑流與降水的關係 336
10.3.4 我國森林與年徑流量關係研究 338
10.3.5 鼎湖山3種林型徑流的養分特徵 338
10.3.6 結論 339
10.4 南亞熱帶主要植被類型的蒸散過程 340
10.4.1 潛在蒸散的計算方法 341
10.4.2 蒸散的研究方法 342
10.4.3 影響潛在蒸散的氣象因子分析 345
10.4.4 潛在蒸散的計算結果 348
10.4.5 蒸散對比分析 351
10.4.6 濕潤指數 352
10.4.7 蒸散過程與脆弱性探討 352
主要參考文獻 353
第11章 西北乾旱半乾旱區涇河流域植被格局變化與水文和水土流失響應 355
11.1 涇河流域概況 355
11.1.1 氣候 355
11.1.2 地質與土壤 356
11.1.3 植被 356
11.1.4 水文與水土流失 356
11.1.5 社會經濟 357
11.1.6 主要生態環境問題 357
11.2 涇河流域植被-降水耦合過程研究 359
11.2.1 涇河流域植被分佈現狀 359
11.2.2 涇河流域潛在植被分析 359
11.2.3 涇河流域植被退化分析 362
11.2.4 涇河流域植被-降水的耦合關係 364
11.3 涇河流域植被景觀格局與水土流失過程 369
11.3.1 涇河流域植被景觀格局分析 369
11.3.2 涇河流域植被景觀格局對水土流失過程的影響 372
11.3.3 水土流失與植被景觀格局耦合過程分析 376
11.3.4 三水河流域森林破碎化對水文過程的影響 380
11.4 小流域植被變化的水土流失效應模擬研究 386
11.4.1 汭河流域植被變化對水土流失的影響分析 386
11.4.2 內河流域植被覆蓋變化的水文過程模擬研究 390
主要參考文獻 395
第12章 西南亞高山森林植被生態水文過程的時空特徵 397
12.1 川西亞高山森林植被對降水輸入時空過程的影響 397
12.1.1 不同森林類型冠層對降水輸入過程的影響 397
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 空間生態水文學的概念及內涵 1
1.2 生態水文學研究現狀與發展趨勢 1
1.3 空間生態水文學研究的意義 4
主要參考文獻 5
第2章 變化環境下的空間生態水文學 8
2.1 全球變化 8
2.1.1 氣候變化 8
2.1.2 土地利用/土地覆被變化 13
2.1.3 氮沉降 14
2.2 全球變化與陸地生態系統 15
2.2.1 植被生理學變化 15
2.2.2 植物生長與生產力 17
2.2.3 植物物候變化 18
2.2.4 植被分佈與氣候變化 20
2.2.5 植被演替 21
2.3 全球變化與生態水文學 22
2.4 氣候變化條件下空間生態水文學的發展需求 24
2.4.1 空間生態水文學研究尺度的變化 24
2.4.2 空間生態水文動態過程的時空耦合研究是未來發展方向 25
2.4.3 空間生態水文學的長期定位研究與聯網觀測網絡的建設 27
主要參考文獻 29
第3章 空間生態水文學的過程與尺度 39
3.1 生態水文過程 39
3.1.1 生態系統的生態水文過程 39
3.1.2 流域尺度的生態水文過程 41
3.1.3 景觀和區域尺度的生態水文過程 43
3.2 植被生態水文過程的尺度 43
3.2.1 植被特徵的尺度差異 43
3.2.2 植被生態水文的尺度效應 44
3.3 空間與時間尺度的權衡 46
3.4 大尺度生態水文過程的複雜性 47
3.4.1 植被結構和動態變化的表徵 47
3.4.2 尺度轉換 47
3.5 景觀生態學在生態水文學中的應用 48
3.6 景觀動態與水文水資源效應 49
主要參考文獻 49
第4章 生態水文學研究方法 53
4.1 配對流域實驗 53
4.2 水文圖形法 54
4.2.1 流量歷時曲線 54
4.2.2 雙累積曲線 55
4.2.3 改進型雙累積曲線 56
4.3 統計分析法 57
4.3.1 時間序列分析 58
4.3.2 非參數檢驗 58
4.3.3 多元線性回歸 59
4.3.4 敏感性分析 59
4.4 生態水文模型及其特點 60
4.4.1 生態水文模型的概念及主要功能 61
4.4.2 國內水文模型 61
4.4.3 國外大尺度生態水文模型 63
4.5 遙感監測和同位素技術 66
4.5.1 遙感 66
4.5.2 同位素 66
4.6 結論及展望 67
主要參考文獻 68
第5章 遙感在空間生態水文學中的應用 71
5.1 研究背景 71
5.1.1 遙感與生態水文學的關係 71
5.1.2以歸一化植被指數為代表的遙感光譜指數在生態水文學中的廣泛應用 75
5.1.3高光譜遙感在生態水文學中的深度應用與未來的方向 76
5.2 植被結構與功能的遙感分析 78
5.2.1 NDVI與植被功能的動態表達 78
5.2.2重要的植被結構特徵參數 葉面積指數 80
5.2.3植被物候過程的研究 82
5.3 植被生態水文過程參數的遙感估算 89
5.3.1 葉面積指數的遙感數據估算 89
5.3.2景觀尺度上植被降水截留的空間模擬 97
5.3.3 基於遙感的蒸散模型 106
5.4 植被活動強度與長期水文效應的遙感分析 150
5.4.1 植被活動強度對水文的影響概述 150
5.4.2 數據處理與方法 151
5.4.3溫度、降水與不同植被類型組NDVI時間序列的變化趨勢 154
5.4.4 NDVI時間序列和氣候變化趨勢 154
5.4.5 NDVI和流域徑流關係的季節性檢驗 155
5.4.6 NDVI和流域長期徑流量的變化關係 156
5.4.7 討論與小結 157
主要參考文獻 158
第6章 同位素在空間生態水文學中的應用 173
6.1 穩定同位素技術 173
6.2 利用氫氧環境同位素研究森林生態系統水文過程 174
6.2.1 森林生態系統的水循環與轉化 174
6.2.2 林冠穿透水 175
6.2.3 地表水/地表徑流 175
6.2.4 土壤水和壤中流 176
6.2.5 地下水 177
6.2.6 植物水 177
6.3 利用氫氧環境同位素研究灌叢水文過程 178
6.4 穩定同位素技術在岷江流域森林生態水文中的應用 178
6.4.1 岷江上游的降水來源 178
6.4.2植被空間配置對徑流分配的影響 179
6.4.3岷江上游主要植被類型的水分轉換過程示蹤 182
6.4.4 岷江上游主要植被類型間的局地景觀水循環 184
主要參考文獻 186
第7章 水碳耦合與模擬 189
7.1 水碳耦合關係 189
7.1.1 不同空間尺度的水碳耦合關係 189
7.1.2 水碳耦合關係的重要評價指標――水分利用效率 190
7.1.3 水碳耦合中的關鍵過程――蒸散 193
7.1.4 氣候變化對水分利用效率的影響 195
7.2水碳耦合模型 196
7.2.1 基於光合-氣孔-蒸騰機理構建的模型 197
7.2.2 基於模塊化集成的模型 198
7.2.3 模型尺度的選擇及不確定性 199
7.3水碳耦合模型實例――基於WaSSI-C模型對川西亞高山地區水碳耦合關係的研究 200
7.3.1 研究區概況 201
7.3.2 多源數據處理 206
7.3.3 WaSSI-C模型介紹 212
7.3.4 WaSSI-C模型改進 214
7.3.5 模型的評價方法和不確定性分析 216
7.3.6 WaSSI-C模型響應單元空間尺度的確定 217
7.3.7 WaSSI-C模型的率定和驗證 221
7.3.8 雜谷腦流域水碳過程模擬結果 226
7.3.9 雜谷腦流域水碳平衡的評價 235
7.4 本研究小結 237
主要參考文獻 238
第8章 北溫帶森林生態水文過程的變化規律 244
8.1森林生態系統對降水輸入過程的影響 245
8.1.1 森林冠層對降水的再分配過程 245
8.1.2 北溫帶主要森林類型對降雨輸入過程的影響 246
8.1.3 不同森林類型對降雪輸入過程的影響 247
8.2森林生態系統的蒸散規律 248
8.2.1 不同林木樹種的蒸騰規律 248
8.2.2 不同森林林分尺度的蒸騰耗水規律 249
8.2.3 林地地面的蒸發規律 250
8.3 小流域森林覆蓋率對徑流的影響 251
8.3.1 對比流域森林覆蓋率和年徑流量變化情況 251
8.3.2 森林覆蓋率變化對年徑流深度的影響 252
8.3.3 森林覆被變化對洪峰徑流的影響 253
8.3.4 森林覆被變化對融雪徑流的影響 253
8.4 大流域森林植被變化對徑流的影響 254
8.4.1 湯旺河流域的森林覆蓋率變化 254
8.4.2 森林覆蓋率變化對年徑流深度的影響 256
8.4.3 森林覆蓋率變化和氣候變化對河川徑流的貢獻率分析 258
主要參考文獻 259
第9章 中溫帶森林生態水文過程的變化規律 263
9.1 中溫帶森林生態系統的降水再分配過程 263
9.1.1 不同樹種降雨截留的差異 263
9.1.2 中溫帶針闊葉混交林的降雨再分配過程 267
9.2 森林生態系統的蒸散規律 270
9.2.1 主要樹種的蒸騰規律 270
9.2.2 森林蒸散模型與模擬研究 277
9.2.3 中溫帶針闊葉混交林的積雪昇華過程 282
9.2.4 森林流域蒸散過程的時空變化 289
9.3 森林流域徑流變化及其影響因素 295
9.3.1 森林流域徑流變化分析 296
9.3.2 森林流域徑流的主要影響因素分析 301
9.3.3 氣候變化和土地利用變化對徑流的影響 309
主要參考文獻 316
第10章 南亞熱帶降水時空特徵變化對植被水文過程的影響 322
10.1 近50年來南亞熱帶區域降水的基本特徵 322
10.1.1 年際動態 322
10.1.2 季節動態 322
10.1.3 日動態 323
10.1.4 特徵與變化趨勢評估 323
10.2 降水在南亞熱帶主要植被類型中的再分配過程 323
10.2.1 研究方法 324
10.2.2 穿透水 324
10.2.3 樹幹徑流 326
10.2.4 冠層截留 330
10.2.5 穿透水與樹幹徑流的養分特徵 331
10.2.6 討論 333
10.3 南亞熱帶主要植被類型的降水-產流特徵 333
10.3.1 徑流量的測定與計算 333
10.3.2 3種森林生態系統的徑流特徵 334
10.3.3 地表徑流與降水的關係 336
10.3.4 我國森林與年徑流量關係研究 338
10.3.5 鼎湖山3種林型徑流的養分特徵 338
10.3.6 結論 339
10.4 南亞熱帶主要植被類型的蒸散過程 340
10.4.1 潛在蒸散的計算方法 341
10.4.2 蒸散的研究方法 342
10.4.3 影響潛在蒸散的氣象因子分析 345
10.4.4 潛在蒸散的計算結果 348
10.4.5 蒸散對比分析 351
10.4.6 濕潤指數 352
10.4.7 蒸散過程與脆弱性探討 352
主要參考文獻 353
第11章 西北乾旱半乾旱區涇河流域植被格局變化與水文和水土流失響應 355
11.1 涇河流域概況 355
11.1.1 氣候 355
11.1.2 地質與土壤 356
11.1.3 植被 356
11.1.4 水文與水土流失 356
11.1.5 社會經濟 357
11.1.6 主要生態環境問題 357
11.2 涇河流域植被-降水耦合過程研究 359
11.2.1 涇河流域植被分佈現狀 359
11.2.2 涇河流域潛在植被分析 359
11.2.3 涇河流域植被退化分析 362
11.2.4 涇河流域植被-降水的耦合關係 364
11.3 涇河流域植被景觀格局與水土流失過程 369
11.3.1 涇河流域植被景觀格局分析 369
11.3.2 涇河流域植被景觀格局對水土流失過程的影響 372
11.3.3 水土流失與植被景觀格局耦合過程分析 376
11.3.4 三水河流域森林破碎化對水文過程的影響 380
11.4 小流域植被變化的水土流失效應模擬研究 386
11.4.1 汭河流域植被變化對水土流失的影響分析 386
11.4.2 內河流域植被覆蓋變化的水文過程模擬研究 390
主要參考文獻 395
第12章 西南亞高山森林植被生態水文過程的時空特徵 397
12.1 川西亞高山森林植被對降水輸入時空過程的影響 397
12.1.1 不同森林類型冠層對降水輸入過程的影響 397
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