本书以西北农牧交错带为研究区域，将站点长期定位监测、遥感观测和模型模拟相结合，建立西北农牧交错带主要下垫面水热要素定位观测体系，构建考虑植被动态变化的陆气双向耦合模型，量化植被恢复对区域水循环的贡献率和远程效应，提出农牧交错带土地利用适应性管理对策，系统论述土地利用变化对地表水热过程的影响，以期为农牧交错带土地合理利用、生态安全屏障建设、水资源管理和生态恢复的可持续发展提供科技支撑。
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美国国务院富布莱特高级专家奖
西密西根大学杰出终身教授奖
目录
序一i
序二iii
前言v
第1章绪论1
1.1研究背景与意义1
1.2国内外研究进展2
1.2.1地表水热过程的观测和模拟2
1.2.2土地利用变化对地表水热过程影响研究4
1.2.3农牧交错带土地利用变化对地表水热过程影响研究进展5
1.2.4目前存在的问题6
1.2.5本书内容概述7
参考文献9
第2章研究区概况14
2.1自然地理概况14
2.1.1地形地貌15
2.1.2水文气候15
2.1.3河流水系16
2.1.4土壤与植被17
2.1.5自然资源18
2.2社会经济概况19
2.2.1行政区划19
2.2.2经济状况20
2.2.3土地利用变化21
2.3生态概况22
2.3.1生态问题22
2.3.2生态保护与修复状况24
2.3.3国家需求与定位25
参考文献26
第3章主要下垫面地表水热过程关键参数观测与分析29
3.1定位观测系统的建立与遥感数据的收集29
3.1.1点尺度定位观测系统的建立29
3.1.2区域尺度遥感观测数据及方法概述33
3.2北方农牧交错带下垫面动态变化及其驱动因素分析40
3.2.1我国北方农牧交错带植被变化趋势分析41
3.2.2我国北方农牧交错带气候变化趋势分析45
3.2.3我国北方农牧交错带土地利用变化分析49
3.2.4植被变化的影响因素分析50
3.2.5小结55
3.3北方农牧交错带GPP、ET及WUE的时空变化及影响因素56
3.3.1模型验证57
3.3.2总初级生产力和蒸散发的时空变化趋势分析61
3.3.3水分利用效率的时空变化趋势分析64
3.3.4总初级生产力和蒸散发对水分利用效率影响的贡献率67
3.3.5水分利用效率变化的综合归因70
3.3.6小结73
3.4基于宇宙射线中子法的西北农牧交错带土壤水分观测73
3.4.1研究数据和方法74
3.4.2CRNS的N0值和有效测量范围77
3.4.3CRNS和ECH2O结果对比79
3.4.4形状参数本地化82
3.4.5CRNS与地上生物量的关系84
3.4.6小结87
3.5不同下垫面的土壤含水量及土壤水力学属性变化研究87
3.5.1研究区概况及研究方法88
3.5.2植被盖度对土壤含水量的影响89
3.5.3植被盖度对土壤温度的影响90
3.5.4降水对土壤含水量的影响92
3.5.5植被生长过程对土壤含水量的影响94
3.5.6不同植被盖度土壤容重和孔隙度差异分析95
3.5.7小结96
参考文献96
第4章典型区不同土地利用方式对地表水热过程的影响机理104
4.1CLM4.5和CLM5.0在西北农牧交错带典型下垫面的模拟性能对比104
4.1.1数据和方法105
4.1.2土壤水分模拟性能评估108
4.1.3讨论115
4.1.4结论120
4.2典型区不同土地利用方式水热过程特征和差异性的分析121
4.2.1辐射变化特征121
4.2.2土壤温度特征124
4.2.3土壤含水量特征126
4.2.4结论127
4.3土地利用变化对土壤水分影响的定量评估129
4.3.1数据和方法130
4.3.2两种指标与气候和人类活动之间的关系132
4.3.3绘制由于生态恢复植被覆盖增加引起的土壤水分过度消耗热点区域图135
4.3.4讨论136
4.3.5小结138
4.4不同蒸散发估算方法在农牧交错带典型区的适用性评价138
4.4.1数据与方法139
4.4.2蒸散发估算方法140
4.4.3结果142
4.4.4讨论145
4.4.5结论148
参考文献149
第5章区域尺度土地利用变化对地表水热过程的影响机理156
5.1区域土地利用变化对气温日较差影响156
5.1.1材料与方法157
5.1.2LUCC过程分析159
5.1.3LUCC对DTR的影响163
5.1.4结论168
5.2基于地表水热循环物理过程的不同类型干旱过程的多时间尺度模拟与评估168
5.2.1GLDAS2.0/NOAH数据在西北内陆河地区的适用性评估169
5.2.2气象水文要素年际变化趋势分析173
5.2.3干旱物理机制分析及历史时期陆面干湿状态变化趋势176
5.2.4结论187
5.3土地利用变化对区域水文过程影响的模拟188
5.3.1数据与方法188
5.3.2土地利用对水文过程的影响190
5.3.3结论192
5.4土地利用变化对区域蒸散发的影响分析192
5.4.1数据与方法194
5.4.2日蒸散量精度的验证196
5.4.3区域蒸散发的空间分布196
5.4.4蒸散发与地表特征参数关系探究198
5.4.5不同土地覆被类型的蒸散量分析200
5.4.6结论与讨论201
5.5土地利用变化对区域气候（水热循环过程）的双向反馈动力学机制202
5.5.1WRF模型介绍202
5.5.2实验设计203
5.5.3模型评估203
5.5.4主要结果205
5.6土地利用变化对局地降水与水汽再循环过程反馈效应的定量分析210
5.6.1子区域划分210
5.6.2数据211
5.6.3蒸散发计算211
5.6.4降水再循环212
5.6.5主要结果213
5.7生态恢复的远程水热效应？土地利用情景分析219
5.7.1WRF-tagging简介及设置219
5.7.2参考数据220
5.7.3情景实验设计221
5.7.4模拟结果评估222
5.7.5蒸发水汽输送及再循环225
5.7.6LUCC引起的差异229
5.7.7LUCC-P反馈分析231
参考文献232
第6章西北农牧交错带生态屏障建设的区域水热效应模拟与适用性管理240
6.1未来气候变化对农牧交错带玉米的影响及适应性措施240
6.1.1评价CERES-Maize模型在西北农牧交错带的适应性241
6.1.2未来气候变化对西北农牧交错带玉米的影响246
6.1.3制定适应未来气候变化的最佳措施256
6.1.4不同适应性措施耦合对玉米产量及WUE的影响268
6.2未来不同土地利用变化情景的确定274
6.2.1数据来源及处理276
6.2.2未来不同土地利用变化情景的确定方法276
6.2.3结果与分析281
6.2.4小结285
6.3未来不同土地利用情景下地表水热关键参数的模拟及机理分析285
6.3.1数据与方法286
6.3.2不同情境下土地利用变化结果评估290
6.3.3各水热参数的空间分布及变化特征291
6.3.4未来不同土地利用情景下地表水热参数作用机理295
6.3.5小结298
6.4西北农牧交错带土地利用优化调整的策略和建议299
参考文献300
第7章结论与建议309
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