本書以西北農牧交錯帶為研究區(qū)域，將站點長期定位監(jiān)測、遙感觀測和模型模擬相結合，建立西北農牧交錯帶主要下墊面水熱要素定位觀測體系，構建考慮植被動態(tài)變化的陸氣雙向耦合模型，量化植被恢復對區(qū)域水循環(huán)的貢獻率和遠程效應，提出農牧交錯帶土地利用適應性管理對策，系統論述土地利用變化對地表水熱過程的影響，以期為農牧交錯帶土地合理利用、生態(tài)安全屏障建設、水資源管理和生態(tài)恢復的可持續(xù)發(fā)展提供科技支撐。
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美國國務院富布萊特高級專家獎
西密西根大學杰出終身教授獎
目錄
序一i
序二iii
前言v
第1章緒論1
1.1研究背景與意義1
1.2國內外研究進展2
1.2.1地表水熱過程的觀測和模擬2
1.2.2土地利用變化對地表水熱過程影響研究4
1.2.3農牧交錯帶土地利用變化對地表水熱過程影響研究進展5
1.2.4目前存在的問題6
1.2.5本書內容概述7
參考文獻9
第2章研究區(qū)概況14
2.1自然地理概況14
2.1.1地形地貌15
2.1.2水文氣候15
2.1.3河流水系16
2.1.4土壤與植被17
2.1.5自然資源18
2.2社會經濟概況19
2.2.1行政區(qū)劃19
2.2.2經濟狀況20
2.2.3土地利用變化21
2.3生態(tài)概況22
2.3.1生態(tài)問題22
2.3.2生態(tài)保護與修復狀況24
2.3.3國家需求與定位25
參考文獻26
第3章主要下墊面地表水熱過程關鍵參數觀測與分析29
3.1定位觀測系統的建立與遙感數據的收集29
3.1.1點尺度定位觀測系統的建立29
3.1.2區(qū)域尺度遙感觀測數據及方法概述33
3.2北方農牧交錯帶下墊面動態(tài)變化及其驅動因素分析40
3.2.1我國北方農牧交錯帶植被變化趨勢分析41
3.2.2我國北方農牧交錯帶氣候變化趨勢分析45
3.2.3我國北方農牧交錯帶土地利用變化分析49
3.2.4植被變化的影響因素分析50
3.2.5小結55
3.3北方農牧交錯帶GPP、ET及WUE的時空變化及影響因素56
3.3.1模型驗證57
3.3.2總初級生產力和蒸散發(fā)的時空變化趨勢分析61
3.3.3水分利用效率的時空變化趨勢分析64
3.3.4總初級生產力和蒸散發(fā)對水分利用效率影響的貢獻率67
3.3.5水分利用效率變化的綜合歸因70
3.3.6小結73
3.4基于宇宙射線中子法的西北農牧交錯帶土壤水分觀測73
3.4.1研究數據和方法74
3.4.2CRNS的N0值和有效測量范圍77
3.4.3CRNS和ECH2O結果對比79
3.4.4形狀參數本地化82
3.4.5CRNS與地上生物量的關系84
3.4.6小結87
3.5不同下墊面的土壤含水量及土壤水力學屬性變化研究87
3.5.1研究區(qū)概況及研究方法88
3.5.2植被蓋度對土壤含水量的影響89
3.5.3植被蓋度對土壤溫度的影響90
3.5.4降水對土壤含水量的影響92
3.5.5植被生長過程對土壤含水量的影響94
3.5.6不同植被蓋度土壤容重和孔隙度差異分析95
3.5.7小結96
參考文獻96
第4章典型區(qū)不同土地利用方式對地表水熱過程的影響機理104
4.1CLM4.5和CLM5.0在西北農牧交錯帶典型下墊面的模擬性能對比104
4.1.1數據和方法105
4.1.2土壤水分模擬性能評估108
4.1.3討論115
4.1.4結論120
4.2典型區(qū)不同土地利用方式水熱過程特征和差異性的分析121
4.2.1輻射變化特征121
4.2.2土壤溫度特征124
4.2.3土壤含水量特征126
4.2.4結論127
4.3土地利用變化對土壤水分影響的定量評估129
4.3.1數據和方法130
4.3.2兩種指標與氣候和人類活動之間的關系132
4.3.3繪制由于生態(tài)恢復植被覆蓋增加引起的土壤水分過度消耗熱點區(qū)域圖135
4.3.4討論136
4.3.5小結138
4.4不同蒸散發(fā)估算方法在農牧交錯帶典型區(qū)的適用性評價138
4.4.1數據與方法139
4.4.2蒸散發(fā)估算方法140
4.4.3結果142
4.4.4討論145
4.4.5結論148
參考文獻149
第5章區(qū)域尺度土地利用變化對地表水熱過程的影響機理156
5.1區(qū)域土地利用變化對氣溫日較差影響156
5.1.1材料與方法157
5.1.2LUCC過程分析159
5.1.3LUCC對DTR的影響163
5.1.4結論168
5.2基于地表水熱循環(huán)物理過程的不同類型干旱過程的多時間尺度模擬與評估168
5.2.1GLDAS2.0/NOAH數據在西北內陸河地區(qū)的適用性評估169
5.2.2氣象水文要素年際變化趨勢分析173
5.2.3干旱物理機制分析及歷史時期陸面干濕狀態(tài)變化趨勢176
5.2.4結論187
5.3土地利用變化對區(qū)域水文過程影響的模擬188
5.3.1數據與方法188
5.3.2土地利用對水文過程的影響190
5.3.3結論192
5.4土地利用變化對區(qū)域蒸散發(fā)的影響分析192
5.4.1數據與方法194
5.4.2日蒸散量精度的驗證196
5.4.3區(qū)域蒸散發(fā)的空間分布196
5.4.4蒸散發(fā)與地表特征參數關系探究198
5.4.5不同土地覆被類型的蒸散量分析200
5.4.6結論與討論201
5.5土地利用變化對區(qū)域氣候（水熱循環(huán)過程）的雙向反饋動力學機制202
5.5.1WRF模型介紹202
5.5.2實驗設計203
5.5.3模型評估203
5.5.4主要結果205
5.6土地利用變化對局地降水與水汽再循環(huán)過程反饋效應的定量分析210
5.6.1子區(qū)域劃分210
5.6.2數據211
5.6.3蒸散發(fā)計算211
5.6.4降水再循環(huán)212
5.6.5主要結果213
5.7生態(tài)恢復的遠程水熱效應？土地利用情景分析219
5.7.1WRF-tagging簡介及設置219
5.7.2參考數據220
5.7.3情景實驗設計221
5.7.4模擬結果評估222
5.7.5蒸發(fā)水汽輸送及再循環(huán)225
5.7.6LUCC引起的差異229
5.7.7LUCC-P反饋分析231
參考文獻232
第6章西北農牧交錯帶生態(tài)屏障建設的區(qū)域水熱效應模擬與適用性管理240
6.1未來氣候變化對農牧交錯帶玉米的影響及適應性措施240
6.1.1評價CERES-Maize模型在西北農牧交錯帶的適應性241
6.1.2未來氣候變化對西北農牧交錯帶玉米的影響246
6.1.3制定適應未來氣候變化的最佳措施256
6.1.4不同適應性措施耦合對玉米產量及WUE的影響268
6.2未來不同土地利用變化情景的確定274
6.2.1數據來源及處理276
6.2.2未來不同土地利用變化情景的確定方法276
6.2.3結果與分析281
6.2.4小結285
6.3未來不同土地利用情景下地表水熱關鍵參數的模擬及機理分析285
6.3.1數據與方法286
6.3.2不同情境下土地利用變化結果評估290
6.3.3各水熱參數的空間分布及變化特征291
6.3.4未來不同土地利用情景下地表水熱參數作用機理295
6.3.5小結298
6.4西北農牧交錯帶土地利用優(yōu)化調整的策略和建議299
參考文獻300
第7章結論與建議309
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