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出版者:

作者:新罕布什尔大学地球海洋与空间研究所

出品人:

页数:120

译者:

出版时间:2010-5

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787511601377

丛书系列:

图书标签:

• 模型
• DNDC模型
• 生态系统模型
• 碳循环
• 氮循环
• 温室气体
• 农业模型
• 环境模拟
• 生物地球化学循环
• 模型应用
• 生态学

深度解读与前沿应用：现代水文模拟与流域管理实践 一本聚焦于先进水文模型理论基础、操作流程及复杂流域应用的前沿著作 本书旨在为水文学、环境科学、水资源管理及相关工程技术领域的专业人士、研究人员和高级学生，提供一套系统、深入且高度实用的知识体系，用以掌握和应用新一代的分布式、过程驱动型水文模型进行流域尺度的模拟、预测与决策支持。本书内容聚焦于构建在严谨的物理学基础之上，同时充分考虑气候变化、土地利用变化等非线性因素影响的复杂水文过程模拟技术。 --- 第一部分：现代水文模拟的理论基石与模型架构（约350字） 本部分将系统梳理当前主流分布式水文模型的发展历程、核心优势及其在传统集总式模型基础上的革命性突破。我们将深入探讨水文过程的数学表述，重点解析水动力学方程（如浅水方程、达西定律在土壤水运动中的应用）、能量平衡与蒸散发模型的最新进展（如Priestley-Taylor修正、Penman-Monteith在冠层尺度下的应用）。 书中详细阐述了流域尺度的离散化技术，包括空间异质性的处理方法（如基于网格、基于水文响应单元HRU的划分）和时间步长的选择对模型精度与计算效率的影响。特别关注了新型参数化方案，例如如何有效参数化土壤孔隙结构、植被冠层截留以及地下水与河流系统的耦合机制。理论部分强调了模型的过程驱动性，即如何确保模型内部的物理和化学过程描述尽可能贴合真实世界的运作规律，而非仅仅是数据拟合的工具。此外，还将引入同化技术的基础概念，为后续的校准与验证打下理论基础。 第二部分：高精度模型操作与数据准备规范（约400字） 本部分是实践操作的核心指南，详细说明了从项目启动到模型构建的每一个关键步骤。 数据准备与预处理是成功的关键。书中提供了详尽的遥感数据产品选择指南，包括如何获取和处理高分辨率的数字高程模型（DEM，重点讨论填洼、水流方向和汇流路径的确定）、土地利用/覆盖数据（LULC）的时序变化处理，以及气象数据（降雨、温度、辐射、风速）的空间插值与时间序列一致性校准。针对模型所需的地表参数（如土壤质地、渗透系数、水力传导度等），本书提供了从实测数据（如入渗试验）到基于全球/区域数据库反演的详细操作流程。 模型构建与结构配置部分，细致讲解了如何根据特定流域特征（如基岩出露程度、河网密度、人类活动强度）选择合适的模型结构组件。包括如何设置边界条件、初始条件，以及如何构建精确的子流域划分方案。对于模型敏感性分析，提供了基于Sobol指数和Morris方法的操作步骤，用以识别对模型输出影响最大的参数集。 第三部分：模型校准、验证与不确定性分析（约380字） 本部分专注于提升模型预测结果的可靠性和科学性。 自动校准技术的介绍是重点，涵盖了传统的最小二乘法、梯度搜索法，以及更为强大的全局优化算法（如遗传算法、粒子群优化PSO）。书中通过实际案例演示了如何选择合适的观测数据（如日径流、河道水位、基流分离数据）作为校准目标函数，并辅以多目标优化策略。 模型验证与性能评估部分，详细阐述了统计学指标的应用，不仅仅局限于Nash-Sutcliffe效率系数（NSE）和决定系数（$R^2$），更强调了针对极端事件（如洪峰流量、低流量枯水期）的特定评估指标（如相对误差、峰值偏差）。同时，本书倡导使用独立验证集和交叉验证方法来评估模型的泛化能力。 不确定性分析不再是选修内容，而是现代水文模拟的必备环节。书中深入探讨了参数不确定性、模型结构不确定性和输入数据不确定性的量化方法，特别是蒙特卡洛模拟（MCMC）和贝叶斯方法在量化预测区间中的应用，帮助使用者理解并报告模型预测结果的置信度。 第四部分：复杂流域的进阶应用与决策支持（约370字） 最后一部分将视角从模型操作提升到实际的水资源管理与工程应用层面。 气候变化情景下的模拟：讨论如何将CMIP5/CMIP6等多模式集合（Ensemble）的降尺度输出数据无缝接入水文模型，并重点研究了统计降尺度与动力降尺度方法的适用性比较。分析了在未来气候情景下，流域产流、蒸散发以及水资源可利用性的长期趋势变化。 人类活动的耦合模拟：详细阐述了如何将复杂的土地利用变化（如城市化扩张、植被恢复工程）和水工程活动（如水库调度、灌溉取水、非常规水源利用）纳入模型框架。本书提供了针对具体水利设施的反馈控制机制建模方法，使模型能够模拟水库的动态运行对下游水文过程的影响。 水资源优化配置与风险评估：聚焦于利用模型输出进行实时决策支持。包括基于模型的洪水预报预警系统构建流程、灌溉需水评估的精细化方法，以及如何结合水质模型（如污染物迁移转化模块）进行水环境承载力评估。本书提供了丰富的案例研究，展示了如何将复杂的模拟结果转化为政策制定者和工程师可以理解和执行的行动方案，从而实现流域的可持续管理目标。 --- 本书结构严谨，理论与实践并重，是掌握新一代分布式水文模型，解决当代复杂水文挑战的必备参考书。

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