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第1章 中国北方典型农业和生态脆弱区气候变化与气候情景1

1.1 华北地区气候变化与情景1

1.1.1 气候基本要素的变化2

1.1.2 农业气象指标的变化6

1.1.3 气候变化情景下降水和温度变化9

1.2 松花江地区气候变化与情景11

1.2.1 气候基本要素变化12

1.2.2 农业气候指标的变化15

1.2.3 气候变化情景下降水和温度变化17

1.3 黄土高原气候变化与情景22

1.3.1 气候基本要素变化24

1.3.2 气候变化情景下水文参数的变化26

第2章 中国北方地区干旱强度及频率的演变和趋势34

2.1 干旱指数及其计算方法34

2.1.1 Palmer干旱烈度指数34

2.1.2 标准化降水指数（SPI）和降水-蒸发指数（SPEI）36

2.1.3 遥感干旱指数39

2.2 华北地区干旱的演变特征40

2.2.1 华北干旱时空演变特征40

2.2.2 未来华北干旱强度和频率的变化趋势47

2.3 东北地区干旱的演变特征49

2.3.1 东北地区干旱格局和演变49

2.3.2 未来情景下松嫩-三江平原干旱时空变化57

2.4 未来气候情景下北方地区干旱强度和频率的变化趋势60

2.4.1 未来温度和降水的变化趋势60

2.4.2 北方地区干旱强度的变化趋势61

2.4.3 极端干旱发生频率与范围的变化特征63

2.4.4 温度升高对极端干旱的影响67

第3章 VIP生态水文动力学模型的原理与方法69

3.1 能量平衡70

3.1.1 热量平衡70

3.1.2 入射辐射72

3.1.3 冠层辐射传输74

3.1.4 水汽和热量交换阻力的参数化76

3.2 土壤水热运动76

3.2.1 土壤热传导77

3.2.2 土壤水分运动77

3.3 光合作用与植被动态78

3.3.1 冠层光合作用78

3.3.2 植被动态80

3.4 土壤碳氮循环81

3.4.1 地表凋落物库82

3.4.2 根茬凋落物库83

3.4.3 微生物库83

3.4.4 腐殖质库84

3.5 地表产汇流84

3.5.1 地表产流84

3.5.2 地下水汇流87

3.5.3 水库调度87

3.6 光合参数的遥感反演88

3.6.1 光合参数遥感反演方案89

3.6.2 光合参数（V cmax）的空间格局及验证95

3.6.3 光合参数反演方案的评价103

第4章 气候变化对华北水资源和作物生产力的影响114

4.1 土壤水分的变化趋势114

4.1.1 土壤水分时空格局115

4.1.2 土壤水分的变化趋势119

4.2 蒸散和作物生产力的格局及演变121

4.2.1 遥感ET和GPP模型121

4.2.2 预测ET和GPP的验证124

4.2.3 ET的空间分异性126

4.2.4 GPP和WUE的空间分异性127

4.2.5 ET和GPP的年际变化128

4.3 SRES气候情景下蒸发和径流的变化130

4.3.1 Thornthwaite-Schreiber方法130

4.3.2 蒸发变化132

4.3.3 年径流变化137

4.4 RCP排放路径下黄淮海流域水资源变化139

4.4.1 实际蒸散和径流的响应140

4.4.2 流域水量盈亏量的变化142

4.5 作物产量和耗水对气候变化的敏感性144

4.5.1 气候变化情景145

4.5.2 对比方法146

4.5.3 不考虑CO2肥效时作物产量对气候变化的响应148

4.5.4 考虑CO2肥效时产量对气候变化的响应149

4.5.5 C3和C4作物对气候变化的响应150

4.5.6 作物产量对降水变化的响应150

4.5.7 灌溉在作物产量响应气候变化中的作用151

4.5.8 泊头和怀远作物产量波动对气候变化的响应152

4.5.9 气候变化的适应性认识153

4.6 CMIP5 RCP多情景下华北冬小麦耗水和产量的响应154

4.6.1 生育进程的响应155

4.6.2 产量和耗水的响应157

4.6.3 收获期稳定对作物产量和耗水量的影响159

4.7 多模式集合预测冬小麦-夏玉米蒸散和产量的变化160

4.7.1 未来气候要素变化161

4.7.2 作物产量对气候变化的响应163

4.7.3 作物蒸散量对气候变化的响应167

4.7.4 气候变化对作物水分利用效率的影响169

第5章 气候变化对黄土高原水资源的影响171

5.1 气候变化对径流的影响171

5.2 气候变化对黄土高原典型流域生态水文过程的影响173

5.2.1 无定河流域水量平衡的分布式模拟173

5.2.2 无定河流域土壤水分的时空演变特征183

5.2.3 气候变化对无定河流域生态水文过程的影响200

第6章 气候变化对松花江流域水文水资源的影响207

6.1 潜在蒸散和径流变化的归因分析208

6.1.1 基于Budyko公式的潜在蒸散和径流变化归因分析方法208

6.1.2 潜在蒸散对气象要素敏感性分析211

6.1.3 Budyko模型模拟年径流的验证212

6.1.4 松花江流域气候因子对径流和潜在蒸散的贡献率213

6.2 气候变化与人类活动对松花江流域径流影响的分离214

6.2.1 集水区划分及水文气象数据收集214

6.2.2 气候变化和人类活动对径流影响的定量区分方法215

6.2.3 气候变化和人类活动对松花江流域径流变化的贡献217

6.3 植被蒸散和生产力的时空格局及演变221

6.3.1 研究方法和数据223

6.3.2 ET和GPP验证223

6.3.3 ET和GPP时空格局及驱动机制225

6.3.4 ET和GPP的年际变化228

6.4 基于Budyko模型的松花江流域年径流未来变化预测229

6.5 基于SWAT模型的松花江流域径流未来变化预测232

6.5.1 未来气候情景下径流变化趋势232

6.5.2 未来径流空间分布特征234

6.5.3 未来气候情景下水资源量预估236

6.6 气候变化对松嫩平原作物耗水和灌溉需水的影响236

6.6.1 研究方法237

6.6.2 水稻全生育期需灌溉水量变化240

6.6.3 不同生育时段需灌溉水量变化244

6.6.4 气候变化对水稻水分需求贡献率247

6.6.5 2010～2049年水稻需水量及灌溉水量预估248

第7章 中国陆域蒸散和径流的演变趋势249

7.1 蒸散格局与演变趋势249

7.1.1 数据及其处理方法250

7.1.2 ET模拟结果的多尺度验证252

7.1.3 年参考蒸散和实际蒸散的空间变化253

7.1.4 实际蒸散的季节和年际变化256

7.1.5 不同植被类型的ETa年际变化259

7.2 中国东部季风强度变化预测径流响应260

7.2.1 东部径流变化与夏季风强度指数的关联性261

7.2.2 西太平洋副热带高压对径流变化的影响262

7.2.3 未来情景下径流变化预测270

第8章 确保粮食安全和水资源可持续利用的区域农业气候变化适应措施与对策272

8.1 历史气候变化对中国北方气候资源和农业生产的影响272

8.1.1 农业气候资源的变化对主要粮食作物生产的影响272

8.1.2 作物生长其他条件的改变对作物生产的影响273

8.2 农业适应气候变化的内涵274

8.2.1 农业适应气候变化的措施274

8.2.2 农业适应气候变化措施的评估275

8.3 基于水资源安全的黄淮海地区气候变化适应275

8.3.1 未来气候变化对黄淮海地区水资源供需影响分析275

8.3.2 黄淮海地区几种农业适应性措施的效果模拟评估277

8.3.3 黄淮海地区农业应对气候变化的对策建议283

8.4 应对气候变化的松花江流域水资源管理适应性对策284

参考文献288