生态学研究：分布式栅格流域环境系统模拟模型及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李勇 等 著

图书标签:

• 生态学
• 流域生态
• 栅格模型
• 环境模拟
• 分布式模型
• 水文模型
• 生态系统模型
• GIS
• 环境科学
• 流域管理

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030497147

版次：1

商品编码：12166064

包装：平装

丛书名： 生态学研究

开本：16开

出版时间：2017-03-01

用纸：胶版纸

页数：192

字数：260000

正文语种：中文

内容简介

　　《生态学研究：分布式栅格流域环境系统模拟模型及应用》是一个空间分布式、基于栅格数据结构的流域生态水文环境模拟模型。李勇等编著的《分布式栅格流域环境系统模拟模型及应用》对CNMM的原理及应用进行了较全面的介绍，主要内容包括：CNMM的结构和建模方法；CNMM的基本模块（能量、水文、植物生长、碳氮磷循环、管理措施、水体水质等）；CNMM的废弃物处理和人工湿地模块：环境变化（气候和土地利用）与流域生态水文过程的交互影响；CNMM关键参数的空间化方法、敏感性分析和优化方法，以及模型的不确定分析方法；CNMM的应用实例。
　　《生态学研究：分布式栅格流域环境系统模拟模型及应用》可供从事流域生态水文、环境科学、农业科学、生态学等研究的科研人员及大专院校师生阅读参考。

作者简介

　　李勇，男，1967年生，研究员，博士生导师。1989年获农学学士学位（南京农业大学土化专业），1992年获理学硕士学位（中国科学院沈阳应用生态研究所生态学专业），2002年获博士学位（澳大利亚墨尔本大学资源管理专业）。1992～1998年在中国科学院南京土壤研究所任助理研究员，2002～2009年在墨尔本大学任研究员。2009年7月至今在中国科学院亚热带农业生态研究所任研究员，并入选中国科学院“百人计划”。
　　主要从事流域生态水文、碳氮磷循环与农业面源污染防控研究。近五年主持承担科技部973计划课题与专题、科技支撑计划专题、中国科学院“百人计划”项目、院／省／市重点项目、国家自然科学基金项目等十多项研究任务。在碳氮磷于土壤／微生物和农田水系中转化与运移过程、农业氮磷污染生态防控、农田和流域碳氮磷循环模型、陆气界面碳氮气体交换等方面成果显著。主要成果包括：确定土壤微生物量元素计量比与农田系统生产力和环境负荷关系密切；与墨尔本大学、中国农业大学合作开发了农田水与养分管理模型（WNMM），并在多国应用；目前独立研发了适用于我国亚热带、高分辨率（时、空和生态过程）、空间分布式的栅格流域生源要素管理模型（CNMM）。发表科学论文100余篇，其中SCI收录的学术论文70余篇，千余次引证。

内页插图

目录

1．流域环境模型研究进展
1．1 引言
1．2 国外流域环境模型研究
1．3 流域环境模型系统
1．4 流域环境模型发展趋势
参考文献

2．模型结构与建模方法
2．1 引言
2．2 模型的结构和主要模块
2．3 模型输入数据
2．4 模型输出
2．5 模型潜在应用
参考文献

3．能量平衡
3．1 引言
3．2 能量平衡
参考文献

4．水文过程
4．1 引言
4．2 水文过程的组成部分
参考文献

5．碳循环
5．1 土壤碳库分类
5．2 土壤碳循环的影响因素
5．3 土壤有机碳库转化、分解
5．4 土壤有机碳库的C02、CH4排放
5．5 DOC淋溶和迁移损失
参考文献

6．氮循环
6．1 引言
6．2 氮循环框架
6．3 大气氮沉降
6．4 生物固氮
6．5 尿素水解
6．6 植物氮吸收
6．7 硝化、反硝化过程
6．8 氨挥发
6．9 土壤铵离子吸附
6．10 氮淋溶损失
参考文献

7．磷循环
7．1 引言
7．2 磷循环框架
7．3 土壤无机磷组分之间的交换
7．4 土壤磷素淋溶与迁移
7．5 土壤磷素的植物吸收
参考文献

8．植物生长
8．1 引言
8．2 模型描述
参考文献

9．水体水质
9．1 引言
9．2 藻类
9．3 氮素
9．4 磷素
9．5 碳基生化需氧量
9．6 溶解氧
参考文献

10．水生植物生态湿地污水净化系统
10．1 引言
10．2 水生植物对氮、磷的吸收和转化
10．3 水生植物在污水净化中的应用
10．4 小结
参考文献

11．废弃物处理
11．1 引言
11．2 废弃物产生与处理模型
11．3 废弃物产生与处理过程
11．4 废弃物生物地球化学过程
11．5 环境影响因子及计量学关系
参考文献

12．土地利用变化及其对生态水文过程的影响
12．1 引言
12．2 土地利用变化研究
12．3 小流域土地利用变化研究方法
12．4 小流域土地利用变化模型构建
12．5 土地利用变化对生态水文过程的影响研究
参考文献

13．流域关键生态水文过程对气候变化的响应
13．1 气候变化研究现状
13．2 小尺度气候变化研究方法
13．3 气候变化与土地利用变化的关系
13．4 水文过程响应气候变化的研究
参考文献

14．模型关键参数空间化方法
14．1 引言
14．2 地统计学插值
14．3 土壤传递函数估算
14．4 遥感-模型反演
参考文献

15．模型关键参数的敏感性及不确定性分析和优化方法
15．1 引言
15．2 模型参数的敏感性
15．3 常见模型参数的不确定性分析方法
15．4 常见模型优化方法
参考文献

16．模型应用：以金井河流域为例
16．1 引言
16．2 伏岭小流域
16．3 飞跃小流域
16．4 涧山流域
16．5 南岳流域
16．6 小结

前言/序言

　　近十年来，水文学家、生态学家和环境学家都建立及应用了各自领域的数学模型，在流域尺度模拟农业点源和非点源污染，如美国环保署的HSPF模型（Bicknell et al.，2001）和美国农业部的SWAT模型（Arnold et al.，1998）、澳大利亚CSIRO的E2模型（Argent et al.，2005），以及其他的模型如RHESsys（Band et al.，1991）等。这些模型主要基于水文反应单元，应用广泛且各有特点，如在水文方面HSPF模型要比SWAT模型准确，但在污染物和土壤颗粒迁移方面却又不如后者；E2模型实际上是一个模拟框架，用户可以随意地选择自己喜欢的水文模块，以及污染物产生、迁移和过滤等模块进行农业生态系统模拟，但它的污染物产生模块却非常简单，同时它也提供给有经验的用户进行污染物产生模块的自我定义，从而实现灵活而机动的目的。我国在国际上较有影响的流域环境模型为新安江模型（Zhang et al.，1992）、HELP模型（Yang et al.，2005）和ECOHAT模型（刘昌明等，2010）等，主要侧重于流域水文及生态水文耦合的模拟。
　　另外，基于田块尺度的农田生态系统模型如ANIMO（Kroes et al.，1998）、CENTURY（Parton et al.，1988）、DNDC（11，2000）、ECOSYS（Grant，2001）、DAISY（Hansen et al.，1991）、WNMM（Li et al.，2007）和FASSET（Chatskikh et al.，2005）功能全面，能够比较系统地模拟农业生态系统的各个生态过程（包括植物生长和水-碳-氮-磷循环），但都缺乏对水分在空间上的三维动态模拟，从而限制了它们在景观尺度上应用于农业生产活动对环境的影响评价。
　　本书作者及其科研团队在中国科学院“百人计划”和科技部重点基础研究项目课题的资助下，以其已开发完成并得到广泛应用的农田生态系统养分管理模型WNMM为生物地球化学功能基础，结合空间分布式的栅格流域水文模型，扩展其三维水文及生态水文耦合过程模拟能力，构建了流域生源要素管理模型（Catchment Nutrients Management Model，CNMM）。CNMM综合模拟亚热带农业生态系统中人、动物和自然的关系，农业生产活动与环境的关系，公共社会民生政策（包括区域经济开发、污染控制和温室气体减排）和农业生态系统行为（包括土地利用变化和环境影响）的关系，以及农业生态系统对全球气候变化的响应等，寻求基于追求不同社会、环境和经济效益等方向的农业生态系统最佳管理模式。

图书名称：环境演变与区域可持续发展：基于多尺度遥感监测与集成建模的流域生态安全评估 图书简介 本书聚焦于当前全球环境变化背景下，区域生态系统的复杂性、脆弱性及可持续发展面临的严峻挑战。全书以流域尺度为核心研究单元，深度融合了遥感技术、地理信息系统（GIS）、数据驱动模型与过程模拟，构建了一套多尺度、多维度的环境演变监测、驱动力分析与未来情景预测的集成框架。全书旨在为区域生态安全评估、水资源管理、土地利用规划及应对气候变化提供科学依据和决策支持。 第一部分：流域环境演变的遥感监测与时空特征分析 本部分着重于利用现代遥感技术对流域尺度的地表过程进行高精度、长序列的监测。 第一章：流域地表覆盖与土地利用动态监测 详细阐述了如何利用中高分辨率遥感数据（如Landsat、Sentinel系列以及MODIS）对流域范围内的土地覆盖类型进行分类与提取。重点讨论了面向特定研究目标（如湿地、林地、农田、城市化区域）的高精度分类算法，包括基于对象图像分析（OBIA）和深度学习（如CNN、RNN）方法的应用。同时，深入分析了过去三十年来流域土地利用/覆盖变化（LULC）的时空演变轨迹，量化了变化的速率、格局和驱动因素，特别是城市扩张和农业集约化对水土保持和生态系统的影响。 第二章：水文气候要素的时空变异性分析 本章集中于水循环关键要素的遥感反演与分析。内容涵盖了降水（利用TRMM/GPM数据）、地表温度（LST）、蒸散发（ET）的长时间序列重建与校正。详细介绍了基于辐射传输模型和植被指数（如NDVI、EVI）的实际蒸散发（ETa）估算方法，并结合流域水文模型，揭示了气候变化（如极端降水事件增加）和人类活动（如水库调蓄、灌溉用水）如何共同作用于流域产流模式的改变，为水资源承载力评估提供数据基础。 第三章：生态系统健康状况的遥感指标体系构建 构建了一套综合性的流域生态健康评价指标体系，该体系超越了单一的植被指数。指标包括植被净初级生产力（NPP）、归一化植被指数（NDVI）的变异系数、景观异质性指数（如斑块密度、形状指数、连接度）、水体蓝绿指数以及土壤湿度变化率等。通过主成分分析和熵权法对这些遥感衍生指标进行赋权，生成多尺度的生态系统健康指数图谱，用以识别流域内的生态敏感区和退化热点。 第二部分：驱动力解析与集成建模基础 本部分侧重于理解环境变化的内在机制，并介绍用于模拟和预测的集成建模框架。 第四章：流域环境变化的社会经济与自然驱动力分解 采用结构方程模型（SEM）和地理加权回归（GWR）等统计地理模型，量化了社会经济驱动力（如人口密度、GDP、产业结构、政策导向）与自然驱动力（如气候趋势、地形地貌）对LULC变化和生态系统服务的相对贡献。特别关注了人类不平衡发展导致的生态压力空间分异现象。 第五章：集成建模框架的构建与参数化 详细阐述了如何将遥感获取的输入数据（如高精度DEM、LULC、土壤类型）与过程模型（如SWAT、WEAP等）进行耦合。本书提出了一种“遥感-GIS-模型”的迭代校准策略，重点讨论了如何利用遥感数据反演和约束模型中的关键参数（如地表粗糙度、水力传导系数），以提高模型对流域水沙过程和物质迁移的模拟精度。 第六章：流域物质迁移与水质模拟 本章专注于流域尺度上的污染物（如氮、磷、沉积物）的迁移路径和汇聚过程。基于集成的过程模型，模拟了非点源污染负荷的估算，探讨了土地利用变化（如退耕还林、化肥使用强度）对河流和湖泊水质时空分布的影响。研究了不同下垫面条件和降雨强度下，污染物输出的临界阈值。 第三部分：区域可持续发展与风险评估 本部分将前期的监测与模拟结果应用于区域可持续发展战略和风险管理。 第七章：流域生态安全格局的构建与评估 基于生态学原理，结合景观生态学和最小累积阻力模型（MCR），构建了流域的生态安全格局。识别出关键的生态廊道、水源涵养区和生物多样性热点区域。对生态安全格局的连通性进行了定量评估，并提出了提升区域生态安全韧性的空间优化方案。 第八章：气候变化情景下的水土资源承载力预测 利用已校准和验证的流域模型，结合IPCC未来气候情景（如RCPs或SSP路径），对未来不同时间段（如2030年、2050年）的流域径流、土壤侵蚀风险和农业水资源可利用量进行预测。通过多目标优化方法，评估了在保证基本生态需水的前提下，区域社会经济发展的潜在承载能力极限。 第九章：面向决策支持的集成评估系统应用 本章展示了如何将前述所有分析成果集成到一个地理信息平台中，形成一个可交互、可追溯的决策支持系统（DSS）原型。重点介绍了该系统如何帮助规划者进行土地利用规划的情景模拟，例如评估不同城市化速率或生态修复措施对流域水环境质量的长期影响，并提供基于风险等级的差异化管理建议。 总结与展望 全书最后总结了集成遥感监测与过程模拟在解决复杂环境问题中的优势，指出了当前方法论的局限性（如模型输入数据的长期不确定性、复杂反馈机制的简化处理），并展望了未来在人工智能辅助模型校准、高光谱遥感与物联网（IoT）数据融合等前沿领域的研究方向，以期实现对区域环境系统的更精准、更及时的管理和保护。本书内容丰富，方法严谨，理论与实践紧密结合，是环境科学、地理信息科学、水利工程及区域规划等领域研究人员和高级学生的有价值参考书。

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《生态学研究：分布式栅格流域环境系统模拟模型及应用》这个书名，像一位严谨的科学家在向我展示他的研究成果。我能感受到其中蕴含的科学精神和对自然界细致入微的观察。书名中的“分布式栅格”让我想到，在现代科学研究中，我们越来越倾向于将复杂的问题分解成更小的单元来处理，就像在地图上划分出无数个网格，对每个网格内的信息进行精确测量和分析。这种方法在处理地理信息、环境数据等方面尤为有效。而“流域环境系统模拟模型”则直接揭示了本书的核心内容——构建一个模型来模拟流域的各种生态过程。这不禁让我思考，究竟是什么样的模型？是基于物理定律的，还是基于统计规律的？它如何捕捉到流域内千变万化的水文、土壤、植被、气候等因素之间的相互作用？“应用”这个词则将本书的研究价值提升到了一个新的高度，它意味着这些模型不仅仅是学术上的探索，而是能够为解决实际的环境问题提供有力的支持。我希望能看到书中展示具体的案例，说明这些模型是如何被用来指导水土保持、污染防治、生态修复等工作的，从而为我们更好地理解和管理我们的地球家园提供科学依据。

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这本书的书名让我一下子联想到小时候在河边玩耍的场景。那时的我，只是个懵懂的孩子，只知道河水清澈，鱼儿在里面欢快地游动。对河水从哪里来，流向哪里，为何会形成这样的河流，却是一无所知。随着年岁渐长，了解到原来这些都与一个叫做“流域”的概念息息相关。而本书的题目《生态学研究：分布式栅格流域环境系统模拟模型及应用》，似乎正是在试图揭示这背后复杂的科学奥秘。它提出的“分布式栅格”和“模拟模型”这些词汇，听起来就充满了科技感和探索性，让人好奇作者是如何将抽象的生态学理论与具体的流域环境相结合，并通过模型来进行模拟和分析的。我尤其期待书中对于“应用”部分的阐述，毕竟理论的最终价值在于实践，我希望能看到这些模型是如何在实际的生态环境保护、水资源管理、甚至灾害预警等方面发挥作用的，从而为我们理解和保护赖以生存的地球家园提供有力的工具和方法。这本书就像一张地图，指引着我们去探索那些隐藏在自然表象之下的深层联系，唤醒我们对生态系统更深层次的敬畏和认知。

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当我看到《生态学研究：分布式栅格流域环境系统模拟模型及应用》这个书名时，我的脑海中立即涌现出许多关于河流、山川、森林和雨水的画面。我一直对大自然是如何运作的感到好奇，尤其是在水流、土壤侵蚀、植被生长这些看似简单却又极其复杂的过程中。书名中的“分布式栅格”让我觉得作者很可能采用了一种非常细致的研究方法，将一个大的流域划分成许多小的、规则的区域，就像在谷歌地图上放大观察一样，每一个小区域都有其独特的特征和数据。而“流域环境系统模拟模型”则直接点明了本书的核心，作者会建立一个数学模型，用它来“模拟”流域的各种动态变化，比如一场大雨会如何影响河流的水位、土壤的湿度，以及植物的生长。这让我非常好奇，这个模型是怎样被构建出来的？它需要哪些输入的数据？它能模拟出什么样的结果？最重要的是，书名中的“应用”二字，让我看到了这本书的实践价值。我非常期待书中能介绍这些模型是如何被用来解决现实问题的，例如如何预测干旱，如何评估农业活动对水质的影响，或者如何规划更有效的生态保护措施。这本书仿佛是一本指导手册，教我们如何用科学的工具去理解和保护我们共同生活的地球。

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读到《生态学研究：分布式栅格流域环境系统模拟模型及应用》这个书名，我的脑海中浮现出了一幅幅关于水、土壤、植被和气候之间相互作用的画面。作为一个普通读者，我对生态学的认识可能还停留在一些基础的科普层面，但这本书的题目却让我感受到了一种更深层次的探索。它似乎不仅仅是讲述某个具体的生态现象，而是试图构建一个能够反映整个流域系统复杂动态的“模型”。“分布式”和“栅格”这两个词，让我联想到将一个庞大的流域划分成无数个小的、具有特定属性的区域，就像拼图一样，每一个小区域的信息都被捕捉并整合起来。然后，作者会利用这些信息来“模拟”流域的各种环境变化，比如降雨径流、泥沙输移、污染物扩散等等。我非常好奇，这些模型究竟是如何工作的？它们能够预测多久以后的变化？又能在多大的尺度上进行预测？书中关于“应用”的部分，更是让我眼前一亮。这意味着这本书并非纯粹的理论研究，而是有实际的指导意义，或许可以帮助我们解决现实中的一些环境问题，比如如何科学地开发利用水资源，如何保护流域的生物多样性，或者如何应对气候变化带来的挑战。

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拿到这本《生态学研究：分布式栅格流域环境系统模拟模型及应用》，首先映入眼帘的是它严谨而专业的书名，这立刻勾起了我对科学研究的好奇心。我一直对那些能够将复杂自然现象量化、模型化的研究领域颇感兴趣，而流域环境系统的模拟，无疑是其中一个极具挑战性的课题。书名中的“分布式栅格”让我猜测，作者很可能采用了一种精细化的空间划分方法，将整个流域分解成一个个小的单元，并在此基础上进行分析。这与传统的宏观研究方式有所不同，预示着更细致、更具操作性的研究视角。而“模拟模型”则直接点明了本书的核心方法论，这让我对接下来的内容充满了期待。我想象着书中会详细介绍如何构建这样一个复杂的模型，包括需要输入哪些数据，采用何种算法，以及如何验证模型的准确性。更重要的是，我渴望了解这些模型是如何被“应用”到实际的流域生态系统中去的，比如如何通过模型来预测洪水、评估土地利用变化对水质的影响，或者制定更有效的生态修复方案。这本书仿佛是一扇窗户，让我们得以窥探那些肉眼难以察觉的自然规律，并学习如何运用科学的工具去理解和干预它们，从而实现人与自然的和谐共处。