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目錄
第1章 寒區(qū)生態(tài)水文學(xué)概述1
1.1寒區(qū)的基本陸面特性1
1.1.1寒區(qū)的陸面水熱特性1
1.1.2寒區(qū)的陸地生態(tài)系統(tǒng)2
1.1.3寒區(qū)的基本水循環(huán)與徑流特征4
1.2寒區(qū)水文學(xué)的概念與組成7
1.2.1寒區(qū)水文學(xué)的基本內(nèi)涵7
1.2.2冰川水文學(xué)7
1.2.3凍土水文學(xué)9
1.2.4積雪水文學(xué)10
1.3生態(tài)水文學(xué)與寒區(qū)生態(tài)水文學(xué)12
1.3.1生態(tài)水文學(xué)概述12
1.3.2寒區(qū)生態(tài)水文學(xué)的基本概念17
1.3.3寒區(qū)生態(tài)水文學(xué)的基本內(nèi)涵21
1.4寒區(qū)生態(tài)水文學(xué)的核心科學(xué)問(wèn)題與研究進(jìn)展24
1.4.1生態(tài)水文學(xué)的核心挑戰(zhàn)：理論體系與學(xué)科范式的發(fā)展24
1.4.2大氣-積雪-植被-土壤水熱耦合過(guò)程25
1.4.3水文與生態(tài)變化的敏感性和適應(yīng)性及其反饋?zhàn)饔?7
1.4.4從群落到全球等不同尺度上水與生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)系28
1.4.5寒區(qū)生態(tài)水文模型的發(fā)展30
1.4.6寒區(qū)水資源管理決策中的生態(tài)水文學(xué)32
參考文獻(xiàn)34
第2章 凍土生態(tài)系統(tǒng)水熱耦合傳輸過(guò)程37
2.1理論基礎(chǔ)與研究進(jìn)展37
2.1.1土壤-植被-大氣系統(tǒng)37
2.1.2凍土生態(tài)系統(tǒng)水熱耦合傳輸過(guò)程38
2.1.3凍土-植被-大氣耦合模型41
2.2研究方法43
2.2.1研究區(qū)概況43
2.2.2研究方法44
2.3植被覆蓋變化對(duì)活動(dòng)層土壤溫度分布與動(dòng)態(tài)的影響48
2.3.1高寒草甸活動(dòng)層土壤溫度動(dòng)態(tài)變化48
2.3.2沼澤草甸活動(dòng)層土壤溫度動(dòng)態(tài)變化56
2.3.3小結(jié)58
2.4植被覆蓋變化對(duì)活動(dòng)層土壤水分分布與動(dòng)態(tài)的影響59
2.4.1高寒草甸活動(dòng)層土壤水分動(dòng)態(tài)變化59
2.4.2沼澤草甸活動(dòng)層土壤水分動(dòng)態(tài)變化64
2.4.3小結(jié)66
2.5表層土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤熱狀況的影響66
2.5.1引言66
2.5.2研究方法68
2.5.3融化過(guò)程中土壤溫度和SOC之間的關(guān)系69
2.5.4凍結(jié)過(guò)程期土壤溫度和SOC之間的關(guān)系70
2.5.5土壤溫度變化特征72
2.5.6討論73
2.5.7小結(jié)78
2.6植被覆蓋變化的能量平衡與熱傳導(dǎo)影響78
2.6.1分析方法79
2.6.2地表熱狀況及其對(duì)植被蓋度變化的響應(yīng)80
2.6.3植被覆蓋變化的地表熱力學(xué)響應(yīng)82
2.6.4植被覆蓋對(duì)活動(dòng)層土壤熱參數(shù)的影響84
2.6.5討論86
2.6.6小結(jié)87
2.7植被-土壤有機(jī)質(zhì)協(xié)同演化影響下的活動(dòng)層水熱過(guò)程模擬88
2.7.1考慮植被覆蓋與土壤有機(jī)質(zhì)含量的Stefan方程改進(jìn)88
2.7.2改進(jìn)的土壤水熱過(guò)程模型的實(shí)例應(yīng)用90
2.7.3小結(jié)92
參考文獻(xiàn)92
第3章 積雪-植被協(xié)同的土壤水熱傳輸過(guò)程99
3.1理論基礎(chǔ)與進(jìn)展99
3.1.1積雪的能量平衡效應(yīng)及其對(duì)土壤熱狀況的影響100
3.1.2積雪的生態(tài)效應(yīng)與雪生態(tài)學(xué)進(jìn)展101
3.1.3積雪的水文過(guò)程與模擬104
3.2單一積雪覆蓋變化的土壤水熱傳輸過(guò)程105
3.2.1土壤凍融時(shí)間的變化106
3.2.2有無(wú)積雪覆蓋對(duì)活動(dòng)層凍融過(guò)程中土壤溫度的影響107
3.2.3有無(wú)積雪覆蓋對(duì)活動(dòng)層凍融過(guò)程中土壤含水量的影響110
3.3積雪-植被覆蓋協(xié)同變化對(duì)土壤水熱動(dòng)態(tài)的影響111
3.3.1植被-積雪覆蓋協(xié)同變化對(duì)活動(dòng)層土壤水熱動(dòng)態(tài)的影響112
3.3.2植被-積雪覆蓋變化對(duì)活動(dòng)層土壤水熱動(dòng)態(tài)的影響117
3.4植被與積雪的相互作用120
3.4.1植被與積雪相互關(guān)系概述120
3.4.2森林對(duì)積雪遮斷作用123
3.4.3森林對(duì)積雪表面能量平衡的影響128
3.4.4植被對(duì)積雪積累-消融過(guò)程的影響132
參考文獻(xiàn)134
第4章 寒區(qū)冰雪與植被覆蓋變化的陸面蒸散發(fā)過(guò)程139
4.1地表蒸散發(fā)的有關(guān)概念與估算方法140
4.1.1地表蒸散發(fā)的一些概念140
4.1.2實(shí)際蒸散發(fā)140
4.1.3地表蒸散發(fā)的觀測(cè)與估算方法概述143
4.2寒區(qū)陸面蒸散發(fā)過(guò)程及其與凍融循環(huán)的關(guān)系147
4.3蒸散發(fā)季節(jié)動(dòng)態(tài)與土壤水分平衡變化149
4.4植被覆蓋變化對(duì)寒區(qū)陸面蒸散發(fā)的影響157
4.5不同植被蓋度下的積雪升華過(guò)程162
4.6凝結(jié)水及其對(duì)蒸散發(fā)模擬的影響167
參考文獻(xiàn)169
第5章 寒區(qū)生態(tài)水循環(huán)關(guān)鍵伴生過(guò)程與影響175
5.1概述175
5.2寒區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的水碳通量耦合過(guò)程與變化及影響因素176
5.2.1青藏高原碳通量變化格局177
5.2.2青藏高原水熱通量變化格局179
5.2.3青藏高原水分利用效率變化格局及影響機(jī)制181
5.2.4青藏高原水碳通量耦合作用及影響機(jī)制183
5.2.5小結(jié)186
5.3高寒草地生態(tài)系統(tǒng)碳氮過(guò)程與水熱耦合關(guān)系186
5.3.1凍融擾動(dòng)作用對(duì)增溫的響應(yīng)及其對(duì)土壤碳遷移的影響188
5.3.2增溫對(duì)多年凍土區(qū)土壤氮循環(huán)的影響190
5.4土壤呼吸與土壤水熱關(guān)系194
5.4.1概述194
5.4.2研究方法194
5.4.3土壤呼吸日變化特征195
5.4.4土壤呼吸季節(jié)變化特征197
5.4.5不同季節(jié)土壤呼吸CO2排放量估算199
5.4.6土壤呼吸不同組分特征201
5.4.7小結(jié)203
5.5凍土流域徑流碳氮輸移過(guò)程204
5.5.1河流碳的基本概念205
5.5.2多年凍土區(qū)河流碳的研究進(jìn)展206
5.5.3風(fēng)火山流域河流溶解碳濃度特征207
5.5.4風(fēng)火山流域河流溶解碳輸出通量特征209
5.5.5風(fēng)火山流域河流碳輸出的影響因素210
5.5.6凍融過(guò)程對(duì)河流溶解碳輸出的影響212
5.5.7風(fēng)火山流域河流碳輸出與陸地生態(tài)系統(tǒng)氣態(tài)碳輸出的比較214
5.5.8風(fēng)火山流域河流溶解氮輸出特征及影響因素216
參考文獻(xiàn)219
第6章 寒區(qū)坡面產(chǎn)匯流過(guò)程的生態(tài)作用224
6.1不同高寒草地的植被截留224
6.1.1實(shí)驗(yàn)方法225
6.1.2降水截留觀測(cè)結(jié)果226
6.1.3典型高寒草地植被截留模式228
6.2坡面降水產(chǎn)流過(guò)程的植被和溫度效應(yīng)230
6.2.1觀測(cè)研究方法230
6.2.2寒區(qū)坡面產(chǎn)流過(guò)程及其對(duì)植被覆蓋變化的響應(yīng)232
6.2.3溫度與植被變化對(duì)凍土區(qū)坡面產(chǎn)流過(guò)程的協(xié)同影響234
6.3不同植被蓋度的坡面產(chǎn)流及其季節(jié)動(dòng)態(tài)236
6.3.1坡面產(chǎn)流的季節(jié)動(dòng)態(tài)及其對(duì)植被蓋度變化的響應(yīng)236
6.3.2高寒草地坡面壤中流動(dòng)態(tài)及其與植被覆蓋的關(guān)系238
6.4寒區(qū)坡面產(chǎn)流模式239
6.4.1坡面產(chǎn)流模式概述239
6.4.2寒區(qū)坡面產(chǎn)流模式與形成機(jī)制240
參考文獻(xiàn)244
第7章 寒區(qū)流域徑流過(guò)程與土壤凍融循環(huán)246
7.1寒區(qū)流域降水徑流的基本特征246
7.1.1多年凍土區(qū)小流域降水徑流特征246
7.1.2寒區(qū)大流域尺度的降水徑流特征248
7.2土壤凍融過(guò)程與徑流動(dòng)態(tài)的關(guān)系250
7.2.1活動(dòng)層土壤融化及凍結(jié)過(guò)程與河流徑流的關(guān)系250
7.2.2徑流變化的凍融深度閾值分析252
7.2.3夏季徑流過(guò)程及其影響因素254
7.3溫度變?cè)串a(chǎn)流機(jī)制與模式255
7.3.1引言255
7.3.2研究方法256
7.3.3集水單元小流域尺度的溫度變?cè)茨Ｊ?59
7.3.4基于流域水文過(guò)程尺度效應(yīng)的溫度變?cè)茨Ｊ?62
7.4寒區(qū)徑流組分與季節(jié)動(dòng)態(tài)變化265
7.4.1基于退水過(guò)程曲線的徑流組分分析265
7.4.2基于同位素的凍土流域河水組成及其季節(jié)變化266
7.5近50年來(lái)寒區(qū)徑流變化趨勢(shì)及其成因分析270
7.5.1寒區(qū)主要河流徑流變化的基本特征270
7.5.2寒區(qū)徑流變化的凍土因素分析277
7.5.3寒區(qū)徑流變化的氣候與其他因素分析280
參考文獻(xiàn)282
第8章 寒區(qū)水循環(huán)過(guò)程模擬284
8.1寒區(qū)水循環(huán)過(guò)程模型研究進(jìn)展284
8.1.1寒區(qū)水文過(guò)程模型發(fā)展284
8.1.2寒區(qū)陸面過(guò)程模型發(fā)展286
8.2分布式寒區(qū)流域徑流過(guò)程模型進(jìn)展288
8.2.1基于MMS框架改進(jìn)的流域分布式降水-徑流模型288
8.2.2基于模塊化建模方法的寒區(qū)水文過(guò)程模擬292
8.2.3基于GEOtop模型的多年凍土區(qū)流域能水平衡過(guò)程模擬299
8.3基于陸面過(guò)程模型的土壤水熱動(dòng)態(tài)模擬308
8.3.1基于CoupModel的高寒土壤熱運(yùn)移過(guò)程模擬308
8.3.2積雪和土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤熱狀態(tài)的影響模擬311
8.3.3基于陸面過(guò)程模型與包氣帶水分運(yùn)移的耦合模擬313
參考文獻(xiàn)318
第9章 寒區(qū)生態(tài)水文學(xué)理論發(fā)展的問(wèn)題與展望321
9.1寒區(qū)生態(tài)水文學(xué)面臨的主要挑戰(zhàn)和問(wèn)題321
9.1.1寒區(qū)水循環(huán)與陸面過(guò)程321
9.1.2寒區(qū)流域徑流形成與演化過(guò)程325
9.1.3寒區(qū)地下水運(yùn)動(dòng)過(guò)程與動(dòng)力學(xué)機(jī)理327
9.1.4寒區(qū)凍融作用下的生態(tài)系統(tǒng)水碳氮耦合循環(huán)過(guò)程與機(jī)理328
9.1.5寒區(qū)土壤侵蝕與凍融地質(zhì)災(zāi)害形成過(guò)程與機(jī)理331
9.2寒區(qū)生態(tài)水文學(xué)未來(lái)發(fā)展的主要方向332
9.2.1寒區(qū)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)變化環(huán)境響應(yīng)的區(qū)域水文效應(yīng)332
9.2.2凍土流域徑流形成理論與流域生態(tài)水文模型334
9.2.3寒區(qū)陸-氣-水耦合與區(qū)域生態(tài)水文過(guò)程對(duì)變化環(huán)境的響應(yīng)模擬335
9.2.4變化環(huán)境下寒區(qū)流域水循環(huán)關(guān)鍵伴生過(guò)程、反饋影響與模擬336
9.2.5寒區(qū)植被-土壤-凍土界面水碳氮耦合循環(huán)過(guò)程338
9.2.6基于生態(tài)最優(yōu)性原理的寒區(qū)生態(tài)水文耦合理論與模擬341
9.2.7氣候變化下寒區(qū)流域水資源適應(yīng)性利用與管理342
9.3主要結(jié)論343
9.3.1寒區(qū)生態(tài)水文過(guò)程344
9.3.2寒區(qū)生態(tài)水文過(guò)程的伴生過(guò)程與展望345
參考文獻(xiàn)346