第1章 引言 1
1.1 研究背景及其意义 1
1.2 SPAC理论研究进展 2
1.2.1 SPAC基本理论研究 2
1.2.2 森林植被－土壤－大气水热平衡研究 3
1.3 土壤与水分运动 8
1.3.1.土壤水的一些基本概念 8
1.3.2 SPAC系统中土壤水有效性新概念 9
1.4 植物与水分运动 10
1.4.1 树木光合与蒸腾研究进展 10
1.4.2 植物水分传输机理与研究现状 15
1.4.3 森林土壤水量平衡研究进展 16
1.5 存在问题与发展趋势 17
1.5.1 存在问题 17
1.5.2 发展趋势 17
第2章 大气－植被水分传输过程 19
2.1 大气降水变化 19
2.1.1 日数变化特征 19
2.1.2 月变化特征 19
2.1.3 季节变化特征 20
2.1.4 年变化特征 21
2.2 场降雨变化 22
2.2.1 降雨雨量量级分布特征 22
2.2.2 降雨强度分布特征 23
2.2.3 降雨雨滴特征 23
2.2.4 降雨历时特征 24
2.3 林分结构因子对降雨过程的影响 24
2.3.1 叶面积指数对林冠截留的影响 25
2.3.2 郁闭度对林冠截留的影响 28
2.3.3 生物量对林冠截留的影响 28
2.3.4 不同影响因子对降雨截留过程的贡献率 31
2.4 森林植被不同层次对降雨输入过程的影响 32
2.4.1 乔木层截留特征 32
2.4.2 灌木层截留特征 49
2.4.3 草本层截留特征 51
2.4.4 枯落物层截留特征 53
2.4.5 森林植被垂直层次对降水输入过程的影响 55
第3章 植被体内水分传输过程 60
3.1 植物根系吸水 60
3.1.1 根系密度分布 60
3.1.2 根系吸水模型 62
3.1.3 基于土壤水分动态求解根系吸水模型 63
3.2 单木液流特征 63
3.2.1 树干液流日变化规律及种间差异 63
3.2.2 不同气候条件对树干液流的影响 64
3.2.3 树干液流的月变化特征 65
3.3 林分液流特征 66
3.3.1 单株到林分尺度转化方法 66
3.3.2 林木胸径－边材面积模型 67
3.3.3 林分生长季蒸腾量月变化特征 67
3.3.4 林木蒸腾特征与环境因子的关系 68
第4章 林木的光合、蒸腾和耗水过程 69
4.1 林木的光合过程 69
4.1.1 针叶林的光合特性 70
4.1.2 阔叶林的光合特性 72
4.1.3 灌木林的光合特性 72
4.1.4 乔灌木林光合特性比较 75
4.2 林木的蒸腾过程 75
4.2.1 针叶林的蒸腾特性 75
4.2.2 阔叶林的蒸腾特性 78
4.2.3 灌木林的蒸腾特性 81
4.2.4 乔灌木林蒸腾特性比较 83
4.3 林木耗水特性研究 84
4.3.1 针叶乔木树种耗水特性 84
4.3.2 阔叶乔木树种耗水特性 84
4.3.3 灌木树种耗水特性 85
4.3.4 乔灌木树种林木耗水特性比较 85
第5章 典型树种水分利用模式 87
5.1 植物茎干水与不同水源的稳定同位素年内不同生长期的变化 87
5.1.1 干旱前期植物茎干水氧稳定同位素与土壤水氧同位素的关系 88
5.1.2 干旱中期植物茎干水氧稳定同位素与土壤水氧同位素的关系 90
5.1.3 干旱末期植物茎干水氧稳定同位素与土壤水氧同位素的关系 91
5.1.4 雨季植物茎干水氧稳定同位素与土壤水氧同位素的关系 93
5.2 植物对不同层次土壤水分的利用特征 95
5.2.1 利用Iso-source模型确定植物对不同层次土壤水分利用率 95
5.2.2 结合树干液流计（TDP）确定植物对不同层次土壤水分的利用量 97
5.3 旱雨季时期两树种对降水的响应 98
5.3.1 雨季降雨前后侧柏和栓皮栎对水分的利用特征 98
5.3.2 旱季降雨前后侧柏和栓皮栎对水分的利用特征 101
5.4 植物对地下水的利用特征 106
5.5 侧柏和栓皮栎水分利用来源总结与对比分析 108
5.6 典型树种水分利用模式的生理生态特征响应 110
5.6.1 典型树种水分利用模式与平均树干液流速率之间的关系 111
5.6.2 典型树种水分利用模式与叶片水势之间的关系 115
5.6.3 典型树种水分利用模式与根系分布、土壤水分含量之间的关系 117
第6章 土壤水分传输过程 122
6.1 土壤物理及水文性质 122
6.1.1 土壤物理性质 122
6.1.2 土壤持水特征 123
6.1.3 土壤入渗特征 125
6.1.4 土壤非饱和导水率 128
6.1.5 土壤入渗影响因子分析 129
6.2 土壤水分动态 129
6.2.1 土壤含水率季节变化特征 129
6.2.2 土壤垂直剖面含水率变化特征 130
6.3 土壤水分运动规律 133
6.3.1 土壤水分运动基本方程 133
6.3.2 土壤水分一维非饱和流运动方程的求解 133
6.3.3 土壤蒸发 137
6.3.4 土壤入渗 139
6.4 土壤水分与土壤热通量的关系 140
6.4.1 土壤含水率与热通量的季节变化 140
6.4.2 土壤蒸发量的时间动态 141
6.5 土壤水分与土壤力能的关系 142
6.5.1 典型林分土壤水势的季节变化 142
6.5.2 典型林分土壤水分与土壤水势的关系 142
6.6 土壤水分传输影响因素排序分析 144
第7章 植被－土壤－大气连续体热量传输转换与力能分析 146
7.1 辐射特征分析 146
7.1.1 总辐射变化规律 146
7.1.2 净辐射变化规律 147
7.1.3 地面有效辐射变化规律 148
7.1.4 地表反射率变化规律 150
7.1.5 辐射模型 151
7.2 土壤热动态 153
7.2.1 土壤热通量月变化 153
7.2.2 土壤热通量日变化 153
7.2.3 土壤热通量与净辐射的关系 154
7.3 热量平衡分析 155
7.3.1 热量平衡各分量日变化分析 156
7.3.2 热量平衡各分量季节变化分析 157
7.4 SPAC中各部分水势组成 158
7.4.1 植物细胞水势 158
7.4.2 土壤水势 158
7.4.3 大气水势 159
7.5 SPAC中水势分布规律 159
7.5.1 植被水势日变化规律 159
7.5.2 植物水势季节变化规律 160
7.5.3 水势在冠层的垂直变化 161
7.5.4 土壤水势的动态变化特征 161
第8章 植被－土壤－大气连续体水分传输过程模型与模拟 163
8.1 Coup Model简介 163
8.1.1 模型结构 163
8.1.2 模型主要参数与方程 164
8.2 模型参数调整 165
8.2.1 主要参数 165
8.2.2 参数不确定性分析 166
8.3 模型结果与验证 166
8.3.1 土壤水分过程 167
8.3.2 林分水分过程 167
8.4 模型模拟分析 168
8.4.1 侧柏林模拟分析 168
8.4.2 油松林模拟分析 169
8.4.3 刺槐林模拟分析 169
8.4.4 栓皮栎林模拟分析 170
第9章 植被－土壤－大气连续体中SVAT水分动态非线性系统仿真 172
9.1 森林生态系统水分过程模拟与仿真研究 172
9.1.1 微观SPAC水分过程模拟与仿真 172
9.1.2 中观SVAT水分过程模拟与仿真 173
9.1.3 植被动态与水分过程的耦合模拟 173
9.1.4 森林生态系统水分过程非线性特征 174
9.2 森林生态系统水分关联变量动态过程系统分析 178
9.2.1 大气库林外降水 178
9.2.2 大气库温湿度 180
9.2.3 土壤库土壤水势 182
9.2.4 植被库树干径向变化 184
9.2.5 植被库液流速度 186
9.3 植被库瞬态液流非线性耦合仿真 193
9.3.1 模型的理论架构 193
9.3.2 模型构建 194
9.3.3 模型结果与检验 196
9.4 土壤库对降雨的非线性响应仿真 198
9.4.1 仿真模型原理 199
9.4.2 模型参数取值范围确定 201
9.4.3 控制参量取值范围初定 201
9.4.4 模型参数率定 205
9.4.5 模型输入运行及拟合优度评价 210
9.4.6 模型模拟检验 211
9.4.7 模型参数敏感性分析 212
9.5 植被库对降雨的非线性响应仿真 215
9.5.1 仿真对象的特殊性及模型结构调整 215
9.5.2 模型参数取值范围确定 216
9.5.3 模型参数率定 219
9.5.4 模型输入运行及拟合优度评价 222
9.5.5 模型模拟检验 224
9.5.6 模型参数敏感性分析 225
参考文献 228