目錄
第1章 寒區(qū)生態(tài)水文學概述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)水文學的概念與組成7
1.2.1寒區(qū)水文學的基本內涵7
1.2.2冰川水文學7
1.2.3凍土水文學9
1.2.4積雪水文學10
1.3生態(tài)水文學與寒區(qū)生態(tài)水文學12
1.3.1生態(tài)水文學概述12
1.3.2寒區(qū)生態(tài)水文學的基本概念17
1.3.3寒區(qū)生態(tài)水文學的基本內涵21
1.4寒區(qū)生態(tài)水文學的核心科學問題與研究進展24
1.4.1生態(tài)水文學的核心挑戰(zhàn)：理論體系與學科范式的發(fā)展24
1.4.2大氣-積雪-植被-土壤水熱耦合過程25
1.4.3水文與生態(tài)變化的敏感性和適應性及其反饋作用27
1.4.4從群落到全球等不同尺度上水與生態(tài)系統的相互關系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32
參考文獻34
第2章 凍土生態(tài)系統水熱耦合傳輸過程37
2.1理論基礎與研究進展37
2.1.1土壤-植被-大氣系統37
2.1.2凍土生態(tài)系統水熱耦合傳輸過程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植被覆蓋變化對活動層土壤溫度分布與動態(tài)的影響48
2.3.1高寒草甸活動層土壤溫度動態(tài)變化48
2.3.2沼澤草甸活動層土壤溫度動態(tài)變化56
2.3.3小結58
2.4植被覆蓋變化對活動層土壤水分分布與動態(tài)的影響59
2.4.1高寒草甸活動層土壤水分動態(tài)變化59
2.4.2沼澤草甸活動層土壤水分動態(tài)變化64
2.4.3小結66
2.5表層土壤有機質含量對土壤熱狀況的影響66
2.5.1引言66
2.5.2研究方法68
2.5.3融化過程中土壤溫度和SOC之間的關系69
2.5.4凍結過程期土壤溫度和SOC之間的關系70
2.5.5土壤溫度變化特征72
2.5.6討論73
2.5.7小結78
2.6植被覆蓋變化的能量平衡與熱傳導影響78
2.6.1分析方法79
2.6.2地表熱狀況及其對植被蓋度變化的響應80
2.6.3植被覆蓋變化的地表熱力學響應82
2.6.4植被覆蓋對活動層土壤熱參數的影響84
2.6.5討論86
2.6.6小結87
2.7植被-土壤有機質協同演化影響下的活動層水熱過程模擬88
2.7.1考慮植被覆蓋與土壤有機質含量的Stefan方程改進88
2.7.2改進的土壤水熱過程模型的實例應用90
2.7.3小結92
參考文獻92
第3章 積雪-植被協同的土壤水熱傳輸過程99
3.1理論基礎與進展99
3.1.1積雪的能量平衡效應及其對土壤熱狀況的影響100
3.1.2積雪的生態(tài)效應與雪生態(tài)學進展101
3.1.3積雪的水文過程與模擬104
3.2單一積雪覆蓋變化的土壤水熱傳輸過程105
3.2.1土壤凍融時間的變化106
3.2.2有無積雪覆蓋對活動層凍融過程中土壤溫度的影響107
3.2.3有無積雪覆蓋對活動層凍融過程中土壤含水量的影響110
3.3積雪-植被覆蓋協同變化對土壤水熱動態(tài)的影響111
3.3.1植被-積雪覆蓋協同變化對活動層土壤水熱動態(tài)的影響112
3.3.2植被-積雪覆蓋變化對活動層土壤水熱動態(tài)的影響117
3.4植被與積雪的相互作用120
3.4.1植被與積雪相互關系概述120
3.4.2森林對積雪遮斷作用123
3.4.3森林對積雪表面能量平衡的影響128
3.4.4植被對積雪積累-消融過程的影響132
參考文獻134
第4章 寒區(qū)冰雪與植被覆蓋變化的陸面蒸散發(fā)過程139
4.1地表蒸散發(fā)的有關概念與估算方法140
4.1.1地表蒸散發(fā)的一些概念140
4.1.2實際蒸散發(fā)140
4.1.3地表蒸散發(fā)的觀測與估算方法概述143
4.2寒區(qū)陸面蒸散發(fā)過程及其與凍融循環(huán)的關系147
4.3蒸散發(fā)季節(jié)動態(tài)與土壤水分平衡變化149
4.4植被覆蓋變化對寒區(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程162
4.6凝結水及其對蒸散發(fā)模擬的影響167
參考文獻169
第5章 寒區(qū)生態(tài)水循環(huán)關鍵伴生過程與影響175
5.1概述175
5.2寒區(qū)生態(tài)系統的水碳通量耦合過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制181
5.2.4青藏高原水碳通量耦合作用及影響機制183
5.2.5小結186
5.3高寒草地生態(tài)系統碳氮過程與水熱耦合關系186
5.3.1凍融擾動作用對增溫的響應及其對土壤碳遷移的影響188
5.3.2增溫對多年凍土區(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203
5.5凍土流域徑流碳氮輸移過程204
5.5.1河流碳的基本概念205
5.5.2多年凍土區(qū)河流碳的研究進展206
5.5.3風火山流域河流溶解碳濃度特征207
5.5.4風火山流域河流溶解碳輸出通量特征209
5.5.5風火山流域河流碳輸出的影響因素210
5.5.6凍融過程對河流溶解碳輸出的影響212
5.5.7風火山流域河流碳輸出與陸地生態(tài)系統氣態(tài)碳輸出的比較214
5.5.8風火山流域河流溶解氮輸出特征及影響因素216
參考文獻219
第6章 寒區(qū)坡面產匯流過程的生態(tài)作用224
6.1不同高寒草地的植被截留224
6.1.1實驗方法225
6.1.2降水截留觀測結果226
6.1.3典型高寒草地植被截留模式228
6.2坡面降水產流過程的植被和溫度效應230
6.2.1觀測研究方法230
6.2.2寒區(qū)坡面產流過程及其對植被覆蓋變化的響應232
6.2.3溫度與植被變化對凍土區(qū)坡面產流過程的協同影響234
6.3不同植被蓋度的坡面產流及其季節(jié)動態(tài)236
6.3.1坡面產流的季節(jié)動態(tài)及其對植被蓋度變化的響應236
6.3.2高寒草地坡面壤中流動態(tài)及其與植被覆蓋的關系238
6.4寒區(qū)坡面產流模式239
6.4.1坡面產流模式概述239
6.4.2寒區(qū)坡面產流模式與形成機制240
參考文獻244
第7章 寒區(qū)流域徑流過程與土壤凍融循環(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土壤凍融過程與徑流動態(tài)的關系250
7.2.1活動層土壤融化及凍結過程與河流徑流的關系250
7.2.2徑流變化的凍融深度閾值分析252
7.2.3夏季徑流過程及其影響因素254
7.3溫度變源產流機制與模式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源模式259
7.3.4基于流域水文過程尺度效應的溫度變源模式262
7.4寒區(qū)徑流組分與季節(jié)動態(tài)變化265
7.4.1基于退水過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年來寒區(qū)徑流變化趨勢及其成因分析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282
第8章 寒區(qū)水循環(huán)過程模擬284
8.1寒區(qū)水循環(huán)過程模型研究進展284
8.1.1寒區(qū)水文過程模型發(fā)展284
8.1.2寒區(qū)陸面過程模型發(fā)展286
8.2分布式寒區(qū)流域徑流過程模型進展288
8.2.1基于MMS框架改進的流域分布式降水-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)流域能水平衡過程模擬299
8.3基于陸面過程模型的土壤水熱動態(tài)模擬308
8.3.1基于CoupModel的高寒土壤熱運移過程模擬308
8.3.2積雪和土壤有機質含量對土壤熱狀態(tài)的影響模擬311
8.3.3基于陸面過程模型與包氣帶水分運移的耦合模擬313
參考文獻318
第9章 寒區(qū)生態(tài)水文學理論發(fā)展的問題與展望321
9.1寒區(qū)生態(tài)水文學面臨的主要挑戰(zhàn)和問題321
9.1.1寒區(qū)水循環(huán)與陸面過程321
9.1.2寒區(qū)流域徑流形成與演化過程325
9.1.3寒區(qū)地下水運動過程與動力學機理327
9.1.4寒區(qū)凍融作用下的生態(tài)系統水碳氮耦合循環(huán)過程與機理328
9.1.5寒區(qū)土壤侵蝕與凍融地質災害形成過程與機理331
9.2寒區(qū)生態(tài)水文學未來發(fā)展的主要方向332
9.2.1寒區(qū)生態(tài)系統對變化環(huán)境響應的區(qū)域水文效應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)水文過程對變化環(huán)境的響應模擬335
9.2.4變化環(huán)境下寒區(qū)流域水循環(huán)關鍵伴生過程、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)流域水資源適應性利用與管理342
9.3主要結論343
9.3.1寒區(qū)生態(tài)水文過程344
9.3.2寒區(qū)生態(tài)水文過程的伴生過程與展望345
參考文獻346