物理水文學(xué)

前言

近年來(lái)，水文物理過(guò)程研究朝著宏觀更宏，微觀更微的方向發(fā)展。一方面以土壤一植被一大氣連續(xù)體為思想內(nèi)核的水文陸面物理過(guò)程的研究，已經(jīng)進(jìn)入到植物葉片氣孔、莖干導(dǎo)管和根部細(xì)胞的水熱傳輸?shù)任⒂^層次；另一方面宏觀層次的水文物理研究，已經(jīng)擴(kuò)展到地球五大圈層之間能量、物質(zhì)平衡和相互作用的超大尺度，以至全球尺度。國(guó)際水文學(xué)界早就認(rèn)識(shí)到水文研究尺度轉(zhuǎn)換的必要性，伊格爾森（Eagleson）在1986年提出了全球尺度水文學(xué)概念；1998年康爾泗教授指出，當(dāng)今國(guó)際水文學(xué)科學(xué)的前沿問(wèn)題是水文過(guò)程界面和尺度轉(zhuǎn)換問(wèn)題，水文學(xué)的研究已進(jìn)人了以水圈為中心來(lái)研究大氣圈、冰凍圈、巖石圈和生物圈相互作用的階段。由此可以看出，水文物理過(guò)程研究出現(xiàn)了兩個(gè)巨大變化：即次流域單元的土壤一植被一大氣連續(xù)體研究，與微觀尺度的植物細(xì)胞水熱轉(zhuǎn)換發(fā)生聯(lián)系；而在超流域單元的陸面過(guò)程和大氣邊界層研究與水文過(guò)程研究逐步深入結(jié)合，導(dǎo)致了水文物理過(guò)程和大氣物理過(guò)程突破了各自的傳統(tǒng)界限與研究領(lǐng)域，并進(jìn)一步相互融合。編者認(rèn)為，上述變化不僅僅是研究尺度上的簡(jiǎn)單變化，從具體研究?jī)?nèi)容來(lái)說(shuō)，把水熱物理過(guò)程、植物生理物理過(guò)程、大氣物理和海洋物理過(guò)程引入了水文學(xué)研究領(lǐng)域，從理論體系來(lái)說(shuō)，是水文學(xué)思想和方法論的革命。對(duì)于上述成就，我們無(wú)論怎樣估量他們的價(jià)值都不為過(guò)，這正是眾多水文氣象學(xué)家所期望的。本來(lái)水文運(yùn)動(dòng)與水在大氣物理過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)就是水循環(huán)的不同階段，只有把他們加以統(tǒng)一考慮，才能夠深入理解和解釋地球上水分耗散（蒸發(fā)與騰發(fā)）與聚集（降水與產(chǎn)匯流）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并進(jìn)一步把這些規(guī)律徹底的應(yīng)用于分布式水文物理模型和大氣物理模式。然而讓人們感到震驚的是，這些驚人的進(jìn)步絕大部分并不是水文學(xué)家所取得的，而是由農(nóng)林、土壤物理、植物生理、海洋物理和大氣物理等學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)家所取得的。也就是說(shuō)，某些應(yīng)當(dāng)由水文學(xué)家完成的工作，已經(jīng)由其他領(lǐng)域的科學(xué)家完成了，現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)是由水文學(xué)工作者對(duì)這些成果，按照水文學(xué)理論框架來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的理解和整理的時(shí)候了。所謂物理水文學(xué)，就是利用物理學(xué)理論和方法解決水文學(xué)問(wèn)題的學(xué)說(shuō)理論，是一種與統(tǒng)計(jì)水文學(xué)完全不同的方法?？禒栥艚淌谡J(rèn)為，氣候?qū)W的飛速發(fā)展除了科技進(jìn)步的巨大推動(dòng)之外，更主要的是氣候系統(tǒng)研究領(lǐng)域的突破。長(zhǎng)期以來(lái)，在氣候?qū)W研究中人們就氣候系統(tǒng)本身來(lái)理解氣候系統(tǒng)，近幾十年的實(shí)踐表明，這樣根本無(wú)法完整地理解氣候系統(tǒng)的變化規(guī)律，而跳出氣候系統(tǒng)，即從五大圈層的相互作用來(lái)研究氣候系統(tǒng)，則使氣候?qū)W獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。由此我們得到啟示，只有跳出水圈來(lái)看水文循環(huán)過(guò)程，才能從根本上突破就水圈來(lái)研究水文運(yùn)動(dòng)的局限，也才能夠擺脫長(zhǎng)期以來(lái)水文學(xué)實(shí)踐多學(xué)說(shuō)少的尷尬地位。也就是說(shuō)，要從根本上扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)期以來(lái)被動(dòng)的從其他學(xué)科吸收和借鑒理論成果的局面，必須主動(dòng)向其他相關(guān)領(lǐng)域擴(kuò)展其研究范疇，從更高的理論層次來(lái)主動(dòng)把握和促進(jìn)水文學(xué)的發(fā)展。這就是我們編寫《物理水文學(xué)》的出發(fā)點(diǎn)和初衷。

內(nèi)容概要

本書是利用數(shù)學(xué)原理解決水文問(wèn)題的各種研究方法的綜合集成，從水文過(guò)程的基本統(tǒng)計(jì)特征出發(fā)，以概率統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)原理為基礎(chǔ)，把近年來(lái)在水文分析、預(yù)測(cè)中大量應(yīng)用的灰色理論、模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換、分形和混沌理論等數(shù)學(xué)方法統(tǒng)一納入《統(tǒng)計(jì)水文學(xué)》體系之中。在結(jié)構(gòu)安排上，考慮到水文學(xué)統(tǒng)計(jì)理論發(fā)展中人們對(duì)水文過(guò)程的把握和理解程度的逐步深化過(guò)程，基本以水文統(tǒng)計(jì)理論發(fā)展的先后順序?yàn)橹骶幣?。在基本?shù)學(xué)原理介紹的基礎(chǔ)上，大量介紹當(dāng)前科研活動(dòng)中經(jīng)常出現(xiàn)的經(jīng)典應(yīng)用實(shí)例。 　    本書可供具有本科數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的水文、氣象、地震、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)等學(xué)科涉及時(shí)間序列預(yù)測(cè)的科研工作者和業(yè)務(wù)人員參考使用，也可作為上述專業(yè)研究生教材使用。

書籍目錄

前言第一篇  太陽(yáng)輻射與水汽輸送  第一章 水文物理過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)  第二章 海洋輻射與蒸發(fā)  第三章 水汽輸送的大氣物理過(guò)程  參考文獻(xiàn)第二篇  降水物理過(guò)程  第四章 暖云和冷云微物理過(guò)程  第五章 積云動(dòng)力學(xué)方程組  第六章 地形影響降水的物理機(jī)制  參考文獻(xiàn)第三篇  下墊面蒸發(fā)物理過(guò)程  第七章 地球表面的能量與水理平衡  第八章 大氣近地層的湍流輸送  第九章 下墊面蒸發(fā)量計(jì)算  參考文獻(xiàn)第四篇  土壤水熱運(yùn)動(dòng)物理過(guò)程  第十章 土壤水分運(yùn)動(dòng)基本理論  第十一章  土壤熱傳導(dǎo)及水熱運(yùn)動(dòng)  第十二章  不同條件下的土壤水運(yùn)動(dòng)  第十三章  土壤水分運(yùn)動(dòng)的數(shù)值計(jì)算   參考文獻(xiàn)第五篇  植被在宏觀水循環(huán)中的作用  第十四章 植被冠層內(nèi)的輻射傳輸  第十五章 植物冠層的熱輻射  第十六章 植物冠層內(nèi)的動(dòng)量交換  第十七章 植被冠層截流的水文過(guò)程  參考文獻(xiàn)第六篇  植被在水文循環(huán)中的微觀作用——植物水分運(yùn)動(dòng)的生理物理機(jī)制  第十八章 植物根系吸水過(guò)程  第十九章 水分在植物體內(nèi)的運(yùn)輸  第二十章 植物葉片的蒸騰  第二十一章 植物冠層的蒸散發(fā)  參考文獻(xiàn)第七篇  產(chǎn)匯流過(guò)程中的物理機(jī)制  第二十二章 下墊面水文物理特性  第二十三章 產(chǎn)流物理過(guò)程  第二十四章 匯流物理過(guò)程  參考文獻(xiàn)第八篇  基于水循環(huán)物理過(guò)程的水文大氣耦合模型  第二十五章 基于DEM分布式水文模型  第二十六章 SWAT和SHAW模型  第二十七章 典型分布式水文模型介紹  第二十八章 陸面過(guò)程模型參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《物理水文學(xué):水循環(huán)物理過(guò)程》可供具有本科數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的水文、氣象、地震、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)等學(xué)科涉及時(shí)間序列預(yù)測(cè)的科研工作者和業(yè)務(wù)人員參考使用，也可作為上述專業(yè)研究生教材使用。

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