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第1章 绪论1

1.1 蒸散发测定和估算研究现状与发展趋势2

1.1.1 ET测定方法2

1.1.2 ET估算方法7

1.2 蒸散发尺度效应和时空尺度扩展与提升研究现状及发展趋势10

1.2.1 ET尺度效应及其主控影响因子识别11

1.2.2 ET时间尺度扩展12

1.2.3 ET空间尺度提升与转换13

1.3 基于蒸散发尺度效应的农业用水效率与效益评价研究现状及发展趋势15

1.3.1 农业用水效率评价15

1.3.2 农业用水效益评价19

1.4 主要研究内容22

1.4.1 蒸散发尺度效应和时空尺度扩展与提升方法22

1.4.2 基于蒸散发尺度效应的农业用水效率与效益评价23

上篇 蒸散发尺度效应与时空尺度扩展及提升27

第2章 不同尺度蒸散发测定方法与观测试验27

2.1 不同尺度蒸散发测定方法27

2.1.1 叶片尺度27

2.1.2 植株尺度29

2.1.3 田块尺度30

2.1.4 农田尺度31

2.1.5 区域（灌区）尺度34

2.2 不同尺度蒸散发观测试验39

2.2.1 北京大兴试验站40

2.2.2 北京通州试验站43

2.2.3 山东位山试验站48

2.2.4 河北白洋淀试验站51

2.3 小结56

第3章 不同尺度蒸散发变化规律与尺度效应58

3.1 叶片尺度蒸腾变化规律58

3.1.1 冬小麦58

3.1.2 夏玉米62

3.2 植株尺度蒸腾变化规律69

3.2.1 夏玉米植株蒸腾变化规律69

3.2.2 夏玉米茎秆直径变化规律73

3.3 田块尺度蒸散发变化规律74

3.3.1 冬小麦74

3.3.2 夏玉米90

3.3.3 湿地植被94

3.4 农田尺度蒸散发变化规律98

3.4.1 井灌区冬小麦-夏玉米轮作98

3.4.2 渠灌区冬小麦-夏玉米轮作105

3.5 区域（灌区）尺度蒸散发变化规律108

3.5.1 冠层气孔导度和Priestley-Taylor系数108

3.5.2 ET季节变化108

3.5.3 ET年际变化111

3.6 蒸散发尺度效应及其主控影响因子115

3.6.1 ET尺度效应115

3.6.2 影响ET尺度效应的主控因子识别120

3.7 小结130

第4章 不同尺度蒸散发估算方法131

4.1 基于双作物系数模型的农田尺度蒸散发估算方法131

4.1.1 模型基本原理131

4.1.2 模型率定与验证133

4.1.3 农田尺度ET组分估算136

4.2 基于遥感反演模型的区域（灌区）尺度蒸散发估算方法138

4.2.1 模型构建138

4.2.2 遥感数据及地表植被参数化143

4.2.3 模型地面验证146

4.2.4 区域（灌区）尺度ET空间分布150

4.3 基于分布式生态水文模型的区域（灌区）尺度蒸散发估算方法153

4.3.1 灌区基础数据来源154

4.3.2 气象数据空间尺度转换155

4.3.3 模型构建157

4.3.4 模型验证161

4.3.5 区域（灌区）尺度水量平衡要素估算163

4.3.6 基于分布式生态水文模型与遥感反演模型的区域（灌区）尺度ET对比164

4.4 基于数据同化方法优化的区域（灌区）尺度蒸散发估算方法165

4.4.1 数据同化方法165

4.4.2 数据同化方法在分布式生态水文模型中的集成应用169

4.4.3 改善区域（灌区）尺度地表能量通量估算效果170

4.5 小结177

第5章 蒸散发时间尺度扩展方法178

5.1 蒸散发时间尺度扩展方法178

5.1.1 从瞬时到日的ET时间尺度扩展方法178

5.1.2 从日到全生育期的ET时间尺度扩展方法181

5.2 冬小麦和夏玉米生长期从瞬时蒸散发到日的时间尺度扩展183

5.2.1 位山试验站不同下垫面从瞬时ET到日的时间尺度扩展183

5.2.2 大兴试验站冬小麦生长期从瞬时ET到日的时间尺度扩展187

5.2.3 大兴试验站夏玉米生长期从瞬时ET到日的时间尺度扩展192

5.3 冬小麦和夏玉米生长期从日蒸散发到全生育期的时间尺度扩展199

5.3.1 大兴试验站冬小麦生长期从日ET到全生育期的时间尺度扩展200

5.3.2 大兴试验站夏玉米生长期从日ET到全生育期的时间尺度扩展206

5.4 小结211

第6章 蒸散发空间尺度提升与转换方法213

6.1 蒸散发空间尺度提升213

6.1.1 ET空间尺度提升方法213

6.1.2 冬小麦基于冠层导度空间尺度提升模型的ET估算215

6.1.3 夏玉米基于冠层导度空间尺度提升模型的ET估算224

6.2 蒸散发空间尺度提升方法改进232

6.2.1 阴阳叶冠层导度提升模型232

6.2.2 夏玉米阴阳叶冠层导度提升模型率定与验证236

6.2.3 夏玉米基于阴阳叶冠层导度提升模型的ET估算241

6.3 蒸散发空间尺度转换242

6.3.1 相邻空间尺度ET转换243

6.3.2 跨空间尺度ET转换244

6.3.3 ET空间尺度转换关联参数245

6.4 小结246

第7章 基于水热耦合平衡方程的区域（灌区）尺度蒸散发估算模型247

7.1 水热耦合平衡原理与方程247

7.1.1 多年时间尺度水热耦合平衡方程248

7.1.2 任意时间尺度水热耦合平衡方程255

7.2 基于任意时间尺度水热耦合平衡方程的年内实际蒸散发估算257

7.2.1 年内时间尺度农田实际蒸散发估算258

7.2.2 年内时间尺度区域（灌区）实际蒸散发估算260

7.3 基于多年时间尺度水热耦合平衡方程的年际实际蒸散发估算264

7.3.1 估算模型及应用264

7.3.2 多年时间尺度估算模型率定和验证266

7.3.3 年时间尺度估算模型率定和验证268

7.4 小结269

第8章 基于互补相关理论的区域（灌区）尺度蒸散发估算模型271

8.1 蒸散发互补相关理论与模型271

8.1.1 蒸散发互补相关关系272

8.1.2 蒸散发互补相关模型及其无量纲化分析273

8.2 综合考虑平流-干旱和Granger模型的蒸散发互补相关模型275

8.2.1 蒸散发互补相关模型湿润指数合理性分析276

8.2.2 综合性模型构建与验证277

8.2.3 综合性模型边界条件与参数稳定性279

8.3 蒸散发互补相关非线性模型280

8.3.1 蒸散发互补相关模型边界条件特征280

8.3.2 非线性模型构建与验证281

8.3.3 非线性模型与平流-干旱模型和综合性模型的对比分析282

8.3.4 非线性模型与P-M-KP模型的对比分析284

8.4 基于蒸散发互补相关非线性模型分析实际与潜在蒸散发的关系289

8.4.1 基于非线数模型的理论分析289

8.4.2 日和半小时时间尺度验证291

8.4.3 年时间尺度验证293

8.5 基于互补相关理论的潜在蒸散发变化趋势分析295

8.5.1 潜在蒸散发变化趋势特征值与耕地面积占比的相关性295

8.5.2 “农业站点”与“自然站点”潜在蒸散发变化趋势对比296

8.5.3 潜在蒸散发变化趋势分析297

8.6 基于蒸散发互补相关模型的区域（灌区）尺度潜在蒸散发估算300

8.6.1 景泰川灌区概况300

8.6.2 景泰川灌区潜在蒸散发变化规律及其影响因素302

8.6.3 引黄灌溉对景泰川灌区潜在蒸散发的影响304

8.6.4 基于灌溉对蒸散发能力影响的景泰川灌区灌溉需水量预测306

8.7 小结309

下篇 基于蒸散发尺度效应的农业用水效率与效益评价313

第9章 基于水氮作物耦合模型的通州大兴井灌区农田水氮利用效率评价313

91水氮作物耦合模型构建313

9.1.1 农田土壤水分运动模型314

9.1.2 土壤溶质运移模型317

9.1.3 土壤氮素迁移转化模型318

9.1.4 土壤热运动模型319

9.1.5 作物生长模型320

9.2 水氮作物耦合模型率定与验证324

9.2.1 耦合模型输入数据及参数324

9.2.2 耦合模型率定324

9.2.3 耦合模型验证329

9.2.4 模拟结果分析341

9.3 基于水氮作物耦合模型的农田水氮利用效率评价344

9.3.1 研究区概况344

9.3.2 土壤、气象、作物基础数据345

9.3.3 初始与边界条件及模型参数确定347

9.3.4 农田水氮管理现状模拟评价350

9.3.5 农田水氮优化管理模拟评价354

9.4 小结358

第10章 基于生态水文模型的位山引黄灌区农业用水效率评价360

10.1 引黄灌区水文气候要素变化规律分析360

10.1.1 研究区概况360

10.1.2 地下水位变化规律361

10.1.3 引黄灌溉水量变化规律366

10.1.4 气候与灌溉要素变化趋势检验367

10.2 田间尺度水分利用效率评价369

10.2.1 改进Hydrus-1 D模型369

10.2.2 田间水循环过程模拟375

10.2.3 田间水分利用效率模拟评价378

10.3 冠层（农田）尺度水分利用效率382

10.3.1 水分利用效率定义382

10.3.2 水分利用效率季节性变化383

10.3.3 水分利用效率影响因子386

10.4 未来气候变化下灌区尺度水分利用效率评价387

10.4.1 气象数据来源388

10.4.2 未来气候变化对气象要素的影响388

10.4.3 未来灌溉情景对作物、灌溉、产量和水分利用效率等的影响392

10.5 小结397

第11章 基于SWAT模型的大兴井灌区农业用水效率与效益综合评价399

11.1 农业用水多功能性与农业用水综合效益399

11.1.1 农业用水多功能性399

11.1.2 农业用水综合效益401

11.2 农业用水效率与效益综合评价框架403

11.2.1 农业用水效率与效益综合评价403

11.2.2 综合评价框架403

11.2.3 综合评价指标体系404

11.3 基于层次分析法的农业用水效率与效益综合评价方法405

11.3.1 多目标综合评价方法比较405

11.3.2 基于层次分析法的综合评价方法406

11.3.3 综合评价步骤407

11.4 基于SWAT模型的农业用水效率与效益综合评价409

11.4.1 研究区概况409

11.4.2 SWAT模型412

11.4.3 模拟结果分析421

11.4.4 农业用水效率与效益综合评价422

11.5 小结428

第12章 基于生态服务功能评价模型的白洋淀湿地水资源利用效率评价430

12.1 湿地生态服务功能评价430

12.1.1 研究区概况431

12.1.2 气候调节功能分析433

12.1.3 湿地生态服务功能评价模型439

12.1.4 湿地生态服务功能价值评估442

12.2 湿地生态环境需水量估算448

12.2.1 单元蒸散发总量推求及验证449

12.2.2 湿地生态环境需水量估算模型与结果455

12.3 湿地水资源利用效率分析评价458

12.3.1 湿地水资源利用效率评价方法459

12.3.2 湿地水资源利用效率评价结果464

12.4 小结467

参考文献468

索引490