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第一章 绪论1

一、科学发展与学科交叉1

前言1

二、生态边界层理论的形成2

三、研究工作总体思路3

第二章 生态系统与生态边界层5

第一节 基本概念5

一、生态边界层5

二、生态边界层的类型与生态实体6

三、生态边界层的厚度9

第二节 生态边界层的功能10

一、生态边界层的功能10

二、生态力的概念11

第三节 生态边界层与传统边界层概念的区别与联系12

第一节 常见农、林植物的冠层形态14

一、大田农作物的“株型”和“长相”14

第三章 植物形态学和冠层几何学研究14

二、天然森林15

三、人工纯林19

第二节 冠层几何学研究21

一、概述22

二、直接法23

三、间接法24

第三节 叶倾角及叶方位角的测定和分级统计30

一、叶倾角和方位角的测量结果31

二、叶倾角和方位角的分级统计方法34

三、冠层叶面积密度的水平分布35

第四节 与冠层几何学有关的生态系统的定位研究37

第四章 冠层辐射传输及光合生产力39

第一节 群落中的光能传输和冠层消光39

一、光-叶几何学和G函数40

二、分层模式简介41

三、辐射传输中的半影效应43

一、林冠透射率和反射率随太阳高度角的变化44

第二节 模式敏感性实验44

二、叶面积指数对冠层辐射的影响46

三、林地反向率的影响48

第三节 林区辐射观测实例与模式验证48

一、叶盛期冠层49

二、无叶期冠层52

三、冠层反射率53

第四节 冠层光合作用强度和气孔传导率54

一、冠层光合作用强度和气孔传导率模型55

二、冠层光合作用强度观测56

三、结果分析57

第五章 近地层空气动力学简介63

第一节 空气动力学中的边界层理论63

一、边界层研究的重要意义63

二、边界层的结构64

三、大气边界层理论研究现状及发趋势65

四、大气边界层探测技术66

五、边界层探测的外场实验和国际合作70

第二节 大气边界层湍流特征72

一、π定理与Monin-Obukhov相似理论72

二、里查森数76

三、里查森数和Monin-Obukhov长度的关系82

第三节 植被冠层对近地层湍流的影响83

一、空气动力学粗糙度83

二、地表特征的卫星识别87

三、数值模式网格中综合有效粗糙高度的计算方法90

四、计算结果分析93

五、综合有效粗糙度的其它计算方法97

第六章 生态边界层一维模式100

第一节 基本数学模型100

一、叶面边界层模式100

二、从叶面生态边界层到冠层生态层108

三、生态边界层中的水、热和动量通量112

一、实验点选择与仪器安装116

第二节 一维模式的简化应用116

二、理论模型及运行结果118

第三节 一维诊断模式结果讨论121

一、林网结构与参考高度对通量计算结果的影响121

二、通量密度的日变化规律122

第四节 近地层风速、温度和湿度廓线的数值模拟127

一、模型简介127

二、近地层风速、温度和湿度廓线的模拟结果128

第七章 生态边界层二维和三维模式133

第一节 控制方程133

第二节 地面能量平衡方程和植物的蒸散计算134

一、地面能量平衡方程134

二、植物蒸散计算136

三、湍流参数化137

第三节 数值计算方案、网络系统及初边值条件138

一、模式的垂直分层138

第四节 生态边界层二维模式控制方程及运行结果139

二、差分方案和边界处理139

一、贴地层温度的日变化140

二、大气温度的时空变化141

三、植物蒸散与低层大气湿度142

四、近地层湍流结构特征144

第八章 产量生态学模型147

第一节 潜在产量及模型设计147

一、潜在产量、可达产量和实际产量147

二、潜在产量的形成148

三、CO2浓度对潜在产量的影响151

四、温度的影响151

第二节 作物冠层的CO2同化过程152

一、光能有效率152

二、冠层结构的影响153

第三节 呼吸消耗和植株发育157

一、维持呼吸157

二、生长呼吸158

三、作物产量159

四、作物生长(育)期生物量161

五、植株发育162

第四节 水分亏缺对潜在产量的影响165

一、植物体内的水分165

二、植物群落蒸散166

三、与蒸腾有关的辐射过程167

四、土壤水分平衡169

第五节 SUCROS作物生长模型及运行结果170

一、模式初值170

二、作物发育阶段参数170

三、SUCROS需要输入的气象资料171

四、冬小麦模拟结果分析174

五、夏玉米模拟结果分析178

第六节 产量生态学模式在全球气候变化研究中的应用183

一、研究方法183

二、气温升高对冬小麦生长的影响184

三、与气候变暖相伴随的降水量变化对冬小麦生长的影响185

四、林网小气候对小麦生长的影响186

第九章 根、叶等器官生态边界层研究189

第一节 叶片器官生态边界层189

一、叶片边界层内3H2O示踪的结果189

二、杨树幼苗器官生态边界层中14CO2的测定191

三、器官生态边界层厚度的计算方法193

第二节 根土生态边界层研究195

一、试验研究方法195

二、测试结果分析196

三、松树菌根形成的生态边界层198

第十章 结束语203

一、生态边界层理论与农林复合实践203

二、生态边界层研究与区域气候学研究的关系203

三、生态边界层理论的推广应用前景204

参考文献206