本书以我国青藏高原冻土流域为对象，结合泛北极河流研究进展，详细阐述寒区大气?鄄植被?鄄积雪?鄄土壤间的能水交换与传输过程，坡面尺度不同植被盖度下的产流过程，以及集水单元流域产流过程，并论述冻融循环对于寒区流域径流形成与汇流过程的作用，发展了寒区产流机制模型和流域生态水文模型。
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第1章 寒区生态水文学概述1
1.1寒区的基本陆面特性1
1.1.1寒区的陆面水热特性1
1.1.2寒区的陆地生态系统2
1.1.3寒区的基本水循环与径流特征4
1.2寒区水文学的概念与组成7
1.2.1寒区水文学的基本内涵7
1.2.2冰川水文学7
1.2.3冻土水文学9
1.2.4积雪水文学10
1.3生态水文学与寒区生态水文学12
1.3.1生态水文学概述12
1.3.2寒区生态水文学的基本概念17
1.3.3寒区生态水文学的基本内涵21
1.4寒区生态水文学的核心科学问题与研究进展24
1.4.1生态水文学的核心挑战：理论体系与学科范式的发展24
1.4.2大气-积雪-植被-土壤水热耦合过程25
1.4.3水文与生态变化的敏感性和适应性及其反馈作用27
1.4.4从群落到全球等不同尺度上水与生态系统的相互关系28
1.4.5寒区生态水文模型的发展30
1.4.6寒区水资源管理决策中的生态水文学32
参考文献34
第2章 冻土生态系统水热耦合传输过程37
2.1理论基础与研究进展37
2.1.1土壤-植被-大气系统37
2.1.2冻土生态系统水热耦合传输过程38
2.1.3冻土-植被-大气耦合模型41
2.2研究方法43
2.2.1研究区概况43
2.2.2研究方法44
2.3植被覆盖变化对活动层土壤温度分布与动态的影响48
2.3.1高寒草甸活动层土壤温度动态变化48
2.3.2沼泽草甸活动层土壤温度动态变化56
2.3.3小结58
2.4植被覆盖变化对活动层土壤水分分布与动态的影响59
2.4.1高寒草甸活动层土壤水分动态变化59
2.4.2沼泽草甸活动层土壤水分动态变化64
2.4.3小结66
2.5表层土壤有机质含量对土壤热状况的影响66
2.5.1引言66
2.5.2研究方法68
2.5.3融化过程中土壤温度和SOC之间的关系69
2.5.4冻结过程期土壤温度和SOC之间的关系70
2.5.5土壤温度变化特征72
2.5.6讨论73
2.5.7小结78
2.6植被覆盖变化的能量平衡与热传导影响78
2.6.1分析方法79
2.6.2地表热状况及其对植被盖度变化的响应80
2.6.3植被覆盖变化的地表热力学响应82
2.6.4植被覆盖对活动层土壤热参数的影响84
2.6.5讨论86
2.6.6小结87
2.7植被-土壤有机质协同演化影响下的活动层水热过程模拟88
2.7.1考虑植被覆盖与土壤有机质含量的Stefan方程改进88
2.7.2改进的土壤水热过程模型的实例应用90
2.7.3小结92
参考文献92
第3章 积雪-植被协同的土壤水热传输过程99
3.1理论基础与进展99
3.1.1积雪的能量平衡效应及其对土壤热状况的影响100
3.1.2积雪的生态效应与雪生态学进展101
3.1.3积雪的水文过程与模拟104
3.2单一积雪覆盖变化的土壤水热传输过程105
3.2.1土壤冻融时间的变化106
3.2.2有无积雪覆盖对活动层冻融过程中土壤温度的影响107
3.2.3有无积雪覆盖对活动层冻融过程中土壤含水量的影响110
3.3积雪-植被覆盖协同变化对土壤水热动态的影响111
3.3.1植被-积雪覆盖协同变化对活动层土壤水热动态的影响112
3.3.2植被-积雪覆盖变化对活动层土壤水热动态的影响117
3.4植被与积雪的相互作用120
3.4.1植被与积雪相互关系概述120
3.4.2森林对积雪遮断作用123
3.4.3森林对积雪表面能量平衡的影响128
3.4.4植被对积雪积累-消融过程的影响132
参考文献134
第4章 寒区冰雪与植被覆盖变化的陆面蒸散发过程139
4.1地表蒸散发的有关概念与估算方法140
4.1.1地表蒸散发的一些概念140
4.1.2实际蒸散发140
4.1.3地表蒸散发的观测与估算方法概述143
4.2寒区陆面蒸散发过程及其与冻融循环的关系147
4.3蒸散发季节动态与土壤水分平衡变化149
4.4植被覆盖变化对寒区陆面蒸散发的影响157
4.5不同植被盖度下的积雪升华过程162
4.6凝结水及其对蒸散发模拟的影响167
参考文献169
第5章 寒区生态水循环关键伴生过程与影响175
5.1概述175
5.2寒区生态系统的水碳通量耦合过程与变化及影响因素176
5.2.1青藏高原碳通量变化格局177
5.2.2青藏高原水热通量变化格局179
5.2.3青藏高原水分利用效率变化格局及影响机制181
5.2.4青藏高原水碳通量耦合作用及影响机制183
5.2.5小结186
5.3高寒草地生态系统碳氮过程与水热耦合关系186
5.3.1冻融扰动作用对增温的响应及其对土壤碳迁移的影响188
5.3.2增温对多年冻土区土壤氮循环的影响190
5.4土壤呼吸与土壤水热关系194
5.4.1概述194
5.4.2研究方法194
5.4.3土壤呼吸日变化特征195
5.4.4土壤呼吸季节变化特征197
5.4.5不同季节土壤呼吸CO2排放量估算199
5.4.6土壤呼吸不同组分特征201
5.4.7小结203
5.5冻土流域径流碳氮输移过程204
5.5.1河流碳的基本概念205
5.5.2多年冻土区河流碳的研究进展206
5.5.3风火山流域河流溶解碳浓度特征207
5.5.4风火山流域河流溶解碳输出通量特征209
5.5.5风火山流域河流碳输出的影响因素210
5.5.6冻融过程对河流溶解碳输出的影响212
5.5.7风火山流域河流碳输出与陆地生态系统气态碳输出的比较214
5.5.8风火山流域河流溶解氮输出特征及影响因素216
参考文献219
第6章 寒区坡面产汇流过程的生态作用224
6.1不同高寒草地的植被截留224
6.1.1实验方法225
6.1.2降水截留观测结果226
6.1.3典型高寒草地植被截留模式228
6.2坡面降水产流过程的植被和温度效应230
6.2.1观测研究方法230
6.2.2寒区坡面产流过程及其对植被覆盖变化的响应232
6.2.3温度与植被变化对冻土区坡面产流过程的协同影响234
6.3不同植被盖度的坡面产流及其季节动态236
6.3.1坡面产流的季节动态及其对植被盖度变化的响应236
6.3.2高寒草地坡面壤中流动态及其与植被覆盖的关系238
6.4寒区坡面产流模式239
6.4.1坡面产流模式概述239
6.4.2寒区坡面产流模式与形成机制240
参考文献244
第7章 寒区流域径流过程与土壤冻融循环246
7.1寒区流域降水径流的基本特征246
7.1.1多年冻土区小流域降水径流特征246
7.1.2寒区大流域尺度的降水径流特征248
7.2土壤冻融过程与径流动态的关系250
7.2.1活动层土壤融化及冻结过程与河流径流的关系250
7.2.2径流变化的冻融深度阈值分析252
7.2.3夏季径流过程及其影响因素254
7.3温度变源产流机制与模式255
7.3.1引言255
7.3.2研究方法256
7.3.3集水单元小流域尺度的温度变源模式259
7.3.4基于流域水文过程尺度效应的温度变源模式262
7.4寒区径流组分与季节动态变化265
7.4.1基于退水过程曲线的径流组分分析265
7.4.2基于同位素的冻土流域河水组成及其季节变化266
7.5近50年来寒区径流变化趋势及其成因分析270
7.5.1寒区主要河流径流变化的基本特征270
7.5.2寒区径流变化的冻土因素分析277
7.5.3寒区径流变化的气候与其他因素分析280
参考文献282
第8章 寒区水循环过程模拟284
8.1寒区水循环过程模型研究进展284
8.1.1寒区水文过程模型发展284
8.1.2寒区陆面过程模型发展286
8.2分布式寒区流域径流过程模型进展288
8.2.1基于MMS框架改进的流域分布式降水-径流模型288
8.2.2基于模块化建模方法的寒区水文过程模拟292
8.2.3基于GEOtop模型的多年冻土区流域能水平衡过程模拟299
8.3基于陆面过程模型的土壤水热动态模拟308
8.3.1基于CoupModel的高寒土壤热运移过程模拟308
8.3.2积雪和土壤有机质含量对土壤热状态的影响模拟311
8.3.3基于陆面过程模型与包气带水分运移的耦合模拟313
参考文献318
第9章 寒区生态水文学理论发展的问题与展望321
9.1寒区生态水文学面临的主要挑战和问题321
9.1.1寒区水循环与陆面过程321
9.1.2寒区流域径流形成与演化过程325
9.1.3寒区地下水运动过程与动力学机理327
9.1.4寒区冻融作用下的生态系统水碳氮耦合循环过程与机理328
9.1.5寒区土壤侵蚀与冻融地质灾害形成过程与机理331
9.2寒区生态水文学未来发展的主要方向332
9.2.1寒区生态系统对变化环境响应的区域水文效应332
9.2.2冻土流域径流形成理论与流域生态水文模型334
9.2.3寒区陆-气-水耦合与区域生态水文过程对变化环境的响应模拟335
9.2.4变化环境下寒区流域水循环关键伴生过程、反馈影响与模拟336
9.2.5寒区植被-土壤-冻土界面水碳氮耦合循环过程338
9.2.6基于生态最优性原理的寒区生态水文耦合理论与模拟341
9.2.7气候变化下寒区流域水资源适应性利用与管理342
9.3主要结论343
9.3.1寒区生态水文过程344
9.3.2寒区生态水文过程的伴生过程与展望345
参考文献346
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