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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