本书系统阐述了空间生态水文学的概念，生态水文学的过程及尺度，大尺度生态水文学的研究方法，遥感和同位素在空间生态水文学研究中的应用，以及生态水文过程的耦合与模拟等基础理论研究成果。本书以分布在我国各自然地理区的森林生态站和水文观测站为依托，基于森林生态系统定位观测数据和典型大流域综合观测数据资料，采用对比流域分析、时间序列分析、降水-径流双累积曲线方法、生态水文模型模拟、空间遥感与稳定同位素等方法，对比研究了不同气候带典型大流域森林生态水文过程的变化规律、生态水文过程的耦合及气候变化、植被变化对关键生态水文过程的影响、中国样带尺度的森林水量平衡格局及其对气候变化的响应、全球变化背景下流域的适应性管理，为促进空间生态水文学的发展、合理开发利用森林资源和水资源、实施自然生态系统保护与修复以及“山水林田湖草”系统治理、提升森林生态水文功能及适应气候变化的流域生态系统管理与森林可持续经营提供科学依据和决策参考。
样章试读
目录
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序一
序二
前言
第1章 绪论 1
1.1 空间生态水文学的概念及内涵 1
1.2 生态水文学研究现状与发展趋势 1
1.3 空间生态水文学研究的意义 4
主要参考文献 5
第2章 变化环境下的空间生态水文学 8
2.1 全球变化 8
2.1.1 气候变化 8
2.1.2 土地利用/土地覆被变化 13
2.1.3 氮沉降 14
2.2 全球变化与陆地生态系统 15
2.2.1 植被生理学变化 15
2.2.2 植物生长与生产力 17
2.2.3 植物物候变化 18
2.2.4 植被分布与气候变化 20
2.2.5 植被演替 21
2.3 全球变化与生态水文学 22
2.4 气候变化条件下空间生态水文学的发展需求 24
2.4.1 空间生态水文学研究尺度的变化 24
2.4.2 空间生态水文动态过程的时空耦合研究是未来发展方向 25
2.4.3 空间生态水文学的长期定位研究与联网观测网络的建设 27
主要参考文献 29
第3章 空间生态水文学的过程与尺度 39
3.1 生态水文过程 39
3.1.1 生态系统的生态水文过程 39
3.1.2 流域尺度的生态水文过程 41
3.1.3 景观和区域尺度的生态水文过程 43
3.2 植被生态水文过程的尺度 43
3.2.1 植被特征的尺度差异 43
3.2.2 植被生态水文的尺度效应 44
3.3 空间与时间尺度的权衡 46
3.4 大尺度生态水文过程的复杂性 47
3.4.1 植被结构和动态变化的表征 47
3.4.2 尺度转换 47
3.5 景观生态学在生态水文学中的应用 48
3.6 景观动态与水文水资源效应 49
主要参考文献 49
第4章 生态水文学研究方法 53
4.1 配对流域实验 53
4.2 水文图形法 54
4.2.1 流量历时曲线 54
4.2.2 双累积曲线 55
4.2.3 改进型双累积曲线 56
4.3 统计分析法 57
4.3.1 时间序列分析 58
4.3.2 非参数检验 58
4.3.3 多元线性回归 59
4.3.4 敏感性分析 59
4.4 生态水文模型及其特点 60
4.4.1 生态水文模型的概念及主要功能 61
4.4.2 国内水文模型 61
4.4.3 国外大尺度生态水文模型 63
4.5 遥感监测和同位素技术 66
4.5.1 遥感 66
4.5.2 同位素 66
4.6 结论及展望 67
主要参考文献 68
第5章 遥感在空间生态水文学中的应用 71
5.1 研究背景 71
5.1.1 遥感与生态水文学的关系 71
5.1.2以归一化植被指数为代表的遥感光谱指数在生态水文学中的广泛应用 75
5.1.3高光谱遥感在生态水文学中的深度应用与未来的方向 76
5.2 植被结构与功能的遥感分析 78
5.2.1 NDVI与植被功能的动态表达 78
5.2.2重要的植被结构特征参数 叶面积指数 80
5.2.3 植被物候过程的研究 82
5.3 植被生态水文过程参数的遥感估算 89
5.3.1 叶面积指数的遥感数据估算 89
5.3.2景观尺度上植被降水截留的空间模拟 97
5.3.3 基于遥感的蒸散模型 106
5.4 植被活动强度与长期水文效应的遥感分析 150
5.4.1 植被活动强度对水文的影响概述 150
5.4.2 数据处理与方法 151
5.4.3温度、降水与不同植被类型组NDVI时间序列的变化趋势 154
5.4.4 NDVI时间序列和气候变化趋势 154
5.4.5 NDVI和流域径流关系的季节性检验 155
5.4.6 NDVI和流域长期径流量的变化关系 156
5.4.7 讨论与小结 157
主要参考文献 158
第6章 同位素在空间生态水文学中的应用 173
6.1 稳定同位素技术 173
6.2 利用氢氧环境同位素研究森林生态系统水文过程 174
6.2.1 森林生态系统的水循环与转化 174
6.2.2 林冠穿透水 175
6.2.3 地表水/地表径流 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 利用氢氧环境同位素研究灌丛水文过程 178
6.4 稳定同位素技术在岷江流域森林生态水文中的应用 178
6.4.1 岷江上游的降水来源 178
6.4.2植被空间配置对径流分配的影响 179
6.4.3岷江上游主要植被类型的水分转换过程示踪 182
6.4.4 岷江上游主要植被类型间的局地景观水循环 184
主要参考文献 186
第7章 水碳耦合与模拟 189
7.1 水碳耦合关系 189
7.1.1 不同空间尺度的水碳耦合关系 189
7.1.2 水碳耦合关系的重要评价指标——水分利用效率 190
7.1.3 水碳耦合中的关键过程——蒸散 193
7.1.4 气候变化对水分利用效率的影响 195
7.2水碳耦合模型 196
7.2.1 基于光合-气孔-蒸腾机理构建的模型 197
7.2.2 基于模块化集成的模型 198
7.2.3 模型尺度的选择及不确定性 199
7.3水碳耦合模型实例——基于WaSSI-C模型对川西亚高山地区水碳耦合关系的研究 200
7.3.1 研究区概况 201
7.3.2 多源数据处理 206
7.3.3 WaSSI-C模型介绍 212
7.3.4 WaSSI-C模型改进 214
7.3.5 模型的评价方法和不确定性分析 216
7.3.6 WaSSI-C模型响应单元空间尺度的确定 217
7.3.7 WaSSI-C模型的率定和验证 221
7.3.8 杂谷脑流域水碳过程模拟结果 226
7.3.9 杂谷脑流域水碳平衡的评价 235
7.4 本研究小结 237
主要参考文献 238
第8章 北温带森林生态水文过程的变化规律 244
8.1森林生态系统对降水输入过程的影响 245
8.1.1 森林冠层对降水的再分配过程 245
8.1.2 北温带主要森林类型对降雨输入过程的影响 246
8.1.3 不同森林类型对降雪输入过程的影响 247
8.2森林生态系统的蒸散规律 248
8.2.1 不同林木树种的蒸腾规律 248
8.2.2 不同森林林分尺度的蒸腾耗水规律 249
8.2.3 林地地面的蒸发规律 250
8.3 小流域森林覆盖率对径流的影响 251
8.3.1 对比流域森林覆盖率和年径流量变化情况 251
8.3.2 森林覆盖率变化对年径流深度的影响 252
8.3.3 森林覆被变化对洪峰径流的影响 253
8.3.4 森林覆被变化对融雪径流的影响 253
8.4 大流域森林植被变化对径流的影响 254
8.4.1 汤旺河流域的森林覆盖率变化 254
8.4.2 森林覆盖率变化对年径流深度的影响 256
8.4.3 森林覆盖率变化和气候变化对河川径流的贡献率分析 258
主要参考文献 259
第9章 中温带森林生态水文过程的变化规律 263
9.1 中温带森林生态系统的降水再分配过程 263
9.1.1 不同树种降雨截留的差异 263
9.1.2 中温带针阔叶混交林的降雨再分配过程 267
9.2 森林生态系统的蒸散规律 270
9.2.1 主要树种的蒸腾规律 270
9.2.2 森林蒸散模型与模拟研究 277
9.2.3 中温带针阔叶混交林的积雪升华过程 282
9.2.4 森林流域蒸散过程的时空变化 289
9.3 森林流域径流变化及其影响因素 295
9.3.1 森林流域径流变化分析 296
9.3.2 森林流域径流的主要影响因素分析 301
9.3.3 气候变化和土地利用变化对径流的影响 309
主要参考文献 316
第10章 南亚热带降水时空特征变化对植被水文过程的影响 322
10.1 近50年来南亚热带区域降水的基本特征 322
10.1.1 年际动态 322
10.1.2 季节动态 322
10.1.3 日动态 323
10.1.4 特征与变化趋势评估 323
10.2 降水在南亚热带主要植被类型中的再分配过程 323
10.2.1 研究方法 324
10.2.2 穿透水 324
10.2.3 树干径流 326
10.2.4 冠层截留 330
10.2.5 穿透水与树干径流的养分特征 331
10.2.6 讨论 333
10.3 南亚热带主要植被类型的降水-产流特征 333
10.3.1 径流量的测定与计算 333
10.3.2 3种森林生态系统的径流特征 334
10.3.3 地表径流与降水的关系 336
10.3.4 我国森林与年径流量关系研究 338
10.3.5 鼎湖山3种林型径流的养分特征 338
10.3.6 结论 339
10.4 南亚热带主要植被类型的蒸散过程 340
10.4.1 潜在蒸散的计算方法 341
10.4.2 蒸散的研究方法 342
10.4.3 影响潜在蒸散的气象因子分析 345
10.4.4 潜在蒸散的计算结果 348
10.4.5 蒸散对比分析 351
10.4.6 湿润指数 352
10.4.7 蒸散过程与脆弱性探讨 352
主要参考文献 353
第11章 西北干旱半干旱区泾河流域植被格局变化与水文和水土流失响应 355
11.1 泾河流域概况 355
11.1.1 气候 355
11.1.2 地质与土壤 356
11.1.3 植被 356
11.1.4 水文与水土流失 356
11.1.5 社会经济 357
11.1.6 主要生态环境问题 357
11.2 泾河流域植被-降水耦合过程研究 359
11.2.1 泾河流域植被分布现状 359
11.2.2 泾河流域潜在植被分析 359
11.2.3 泾河流域植被退化分析 362
11.2.4 泾河流域植被-降水的耦合关系 364
11.3 泾河流域植被景观格局与水土流失过程 369
11.3.1 泾河流域植被景观格局分析 369
11.3.2 泾河流域植被景观格局对水土流失过程的影响 372
11.3.3 水土流失与植被景观格局耦合过程分析 376
11.3.4 三水河流域森林破碎化对水文过程的影响 380
11.4 小流域植被变化的水土流失效应模拟研究 386
11.4.1 汭河流域植被变化对水土流失的影响分析 386
11.4.2 内河流域植被覆盖变化的水文过程模拟研究 390
主要参考文献 395
第12章 西南亚高山森林植被生态水文过程的时空特征 397
12.1 川西亚高山森林植被对降水输入时空过程的影响 397
12.1.1 不同森林类型冠层对降水输入过程的影响 397
12.1.2 不同森林类型地被物层对降水输入过程的影响 398
12.2 亚高山森林生态系统的蒸散规律 399
12.3 亚高山主要生态系统的水分循环 400
12.3.1 高山草甸的水分循环 400
12.3.2 亚高山灌丛的水分循环 400
12.3.3 亚高山森林的水分循环 401
12.4 岷江上游森林植被变化对径流的影响 402
12.4.1 岷江流域自然、社会经济概况 402
12.4.2 山区地形条件下降水的时空模拟 404
12.4.3 岷江大尺度植被覆盖和土地利用变化对水文的影响 406
12.4.4 岷江上游杂谷脑流域径流动态小波分析 409
12.4.5 杂谷脑流域大规模连续的森林采伐对流域径流的影响 419
12.5 岷江暗针叶林小流域生态水文过程耦合及模拟 421
12.5.1 研究区概况 421
12.5.2 研究方法 425
12.5.3 小流域植被的结构及空间分布特征 437
12.5.4 小流域植被的降水截留特征 451
12.5.5 小流域土壤水分的时空特征 460
12.5.6 小流域植被蒸散的时空变化 475
12.5.7 小流域水文过程的静态模拟——湿润指数 488
12.5.8 川西亚高山暗针叶林的生态水文功能 494
12.5.9 川西亚高山暗针叶林植被变化对生态水文功能的影响 496
12.5.10 小结 496
12.6 展望 497
主要参考文献 499
第13章 青藏高原典型流域水文过程及其对气候变化的响应 511
13.1气候变化与气候变异 511
13.1.1历史时期气候变化与气候变异的诊断 511
13.1.2 未来气候变化预估 513
13.2积雪冻土水文过程及其对气候变化的时空响应 514
13.2.1 积雪水文过程及其对气候变化的响应 514
13.2.2 冻土水文过程及其对气候变化的响应 515
13.3 冰川水文过程及其对气候变化的时空响应 516
13.3.1 冰川水文过程 516
13.3.2 冰川动态及其对气候变化的响应 517
13.4 青藏高原典型流域水资源的时空动态及其对气候变化的响应 518
13.4.1 河流径流动态及其对气候变化的响应 518
13.4.2 未来气候情景下的水资源动态 519
主要参考文献 521
第14章 海南尖峰岭热带森林生态水文过程及其对气候变化的响应 523
14.1 研究区概况 523
14.1.1 地理位置和地质地貌 523
14.1.2 气候 523
14.1.3 土壤 524
14.1.4 植被 526
14.2 尖峰岭近50年气候变化特征 528
14.2.1 研究方法 528
14.2.2 气候变化趋势 528
14.2.3 气候突变、异常和变化周期 532
14.3 尖峰岭热带山地雨林水文变化特征 537
14.3.1 森林蒸散 537
14.3.2 径流 539
14.3.3 热带山地雨林的水量平衡 549
14.4 尖峰岭热带雨林凋落物和土壤生态水文功能 550
14.4.1 研究方法 550
14.4.2 凋落物层的水文特征 552
14.4.3 土壤层的水文特征 554
14.5 尖峰岭径流变化对气候变化的响应 557
14.5.1 气候变化对径流的影响 557
14.5.2 未来气候变化对径流的影响 561
主要参考文献 564
第15章 东部南北样带主要生态系统水分平衡与植被活动规律 566
15.1 引言 566
15.2 陆地样带研究的发展 567
15.3 中国东部南北样带的概况 568
15.4 资料来源和研究方法 575
15.4.1 气象数据插值 575
15.4.2 植被分类数据 575
15.4.3 NDVI数据再处理 576
15.4.4 物候期研究方法 577
15.4.5 生长季时间合成 NDVI (TI-NDVI) 579
15.4.6 ET 算法 579
15.4.7 生长季水分亏缺指数（GWDI) 580
15.4.8 植被NDVI变化与温度和降水的相关性 581
15.4.9 变化斜率法和非参数检验趋势法 582
15.5 南北样带温度和降水的空间格局及变化趋势 584
15.5.1 南北样带年均温度和降水的趋势变化 584
15.5.2 南北样带不同季节温度的变化 584
15.5.3 南北样带不同季节降水的变化 587
15.5.4 各植被类型所在区域温度的长期变化趋势分析 589
15.5.5 各植被类型所在区域降水的长期变化趋势分析 590
15.5.6 小结 591
15.6 南北样带主要植被类型物候期变化 591
15.6.1 不同植被类型返青起始期的变化情况 591
15.6.2 不同植被类型休眠起始期的变化情况 592
15.6.3 不同植被生长季长度的变化情况 594
15.6.4 不同植被类型物候发生时间与温度和降水的关系 595
15.6.5 小结 597
15.7 东部南北样带植被活动趋势 599
15.7.1 生长季尺度植被变化趋势及其分布特征 599
15.7.2 年尺度和月尺度植被的变化特征 604
15.8 东部南北样带NDVI与气候因子的关系 608
15.8.1 南北样带NDVI与气候因子的空间相关关系 608
15.8.2 不同月份NDVI与温度和降水的关系 612
15.8.3 南北样带上不同植被类型NDVI对温度和降水的敏感性 617
15.8.4 小结 618
15.9 基于生长季水分亏缺指数（GWDI)对东南样带植被水分状况评价 619
15.9.1 GWDI植被类型时间序列 619
15.9.2 GWDI和气候、植被的关系 620
15.9.3 GWDI和生态系统对气候变化的敏感性 622
15.10 小结 623
主要参考文献 624
第16章 变化环境下流域的适应性管理 630
16.1 全球变化对森林生态系统产生多尺度干扰 630
16.2 适应气候变化的流域植被水文调节功能 630
16.3 适应性生态恢复与植被重建 631
16.4 区域和景观水平生态水文适应性评价平台 632
16.5 区域农林复合景观格局的生态水文耦合关系评价 633
16.5.1 区域生态环境安全的农林景观格局与发展模式 633
16.5.2 区域农业生态环境安全评价 639
主要参考文献 649
第17章 森林生态水文对全球变化的响应及其地理格局 651
17.1 全球大流域森林植被变化对径流变化的影响及地理分异 652
17.2 多空间尺度上森林覆盖变化与年径流之间的关系 655
17.2.1 森林覆盖率变化与径流的关系 656
17.2.2 森林覆盖变化的水文响应与空间尺度 657
17.2.3 气候梯度和年径流量对森林覆盖变化的敏感度 658
17.2.4 森林类型和年径流量对森林覆盖变化的敏感度 660
17.3 小结 662
主要参考文献 663
附录变量与单位、含义对照表 668
索引 671
后记 675
图版
京公网安备 11010102004214号