土壤水分动态模拟模型及其应用 9787030246080

土壤水分动态模拟模型及其应用 9787030246080 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

尚松浩 著
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店铺: 小马奔腾图书专营店
出版社: 科学出版社
ISBN:9787030246080
商品编码:10980820268
包装:平装
出版时间:2009-05-01

具体描述

基本信息

书名:土壤水分动态模拟模型及其应用

:48元

作者:尚松浩

出版社:科学出版社

出版日期:2009-05-01

ISBN:9787030246080

字数:233000

页码:185

版次:1

装帧:平装

开本:16开

商品重量:0.322kg

编辑推荐


内容提要


本书系统总结了作者十余年来在土壤水分动态模拟模型及其应用方面的研究成果,主要模型包括指数消退模型、人工神经网络模型、水量平衡模型、冻融期土壤水热耦合传输模型、土壤-植物-大气连续体(SPAC)水分运移模型、SPAC水热耦合传输模型,主要应用领域包括土壤水分动态变化过程模拟分析、农田水分消耗与转化规律分析、农田水分合理调控与优化灌溉制度等。
本书可作为水文学、土壤学、气象学、农业水土工程等学科研究生的教学参考书,也可供相关专业技术人员参考。

目录


作者介绍


文摘


序言



探索地球的生命之源:一部关于土壤水分动态模拟的深度解析 土壤,这个承载着万物生长的厚重基石,其内部蕴藏着一个复杂而动态的水分系统。水分的流动、储存和转化,不仅是维持土壤生命活动的关键,更深刻地影响着地表径流、地下水补给、植被生长乃至区域气候变化。理解并准确模拟土壤水分动态,对于水资源管理、农业生产、生态环境保护以及应对气候变化等诸多领域,都具有至关重要的意义。 本书并非简单罗列模型参数或公式,而是深入探究土壤水分动态模拟背后的科学原理、模型构建的逻辑脉络,以及这些模型在现实世界中的广泛应用。我们将从最基础的概念出发,逐步深入到复杂的模型机制,力求为读者构建一个全面而深刻的认识框架。 第一部分:土壤水分动态的科学基石 在深入模型之前,我们必须建立对土壤水分本质的深刻理解。本部分将首先详细阐述土壤的物理性质,如土壤质地(砂、粉、黏粒的比例)、土壤结构(土壤颗粒的排列方式)、孔隙度(土壤中空隙的体积比例)和土壤容重(单位体积土壤的质量)。这些物理性质直接决定了土壤吸水、持水和透水的能力,是土壤水分动态的基础。 接着,我们将聚焦于土壤中的水分。这里不仅仅是简单的“水”,而是包含着不同赋存形态的水分:吸湿水(紧密吸附在土壤颗粒表面的水)、黏着水(由表面张力束缚在土壤颗粒接触点附近的水)和自由水(能自由移动的水)。我们将详细介绍土壤水分特征曲线(Soil Water Characteristic Curve, SWCC),它是一条描述土壤含水量与土壤基质势之间关系的曲线。这条曲线不仅能反映土壤的持水能力,更是区分土壤水分状态,如田间持水量、萎蔫点等关键指标的依据。 水在土壤中的运动是土壤水分动态的核心。本部分将深入剖析土壤中的水分运动规律,主要包括: 重力渗透: 在重力作用下,水分向下层土壤的移动,这是土壤水分补给地下水的主要途径。我们将介绍 Darcy 定律及其在土壤中的应用,分析影响渗透速率的因素,如土壤导水率、水力梯度等。 毛管作用: 土壤孔隙中由于表面张力引起的液体上升或移动现象。这在干旱地区的表层土壤水分向上输送,以及近地表水分的再分配中扮演着重要角色。我们将探讨毛管势的形成机制以及它如何影响水分的垂直和水平迁移。 弥散作用: 在水分运动过程中,溶质(如营养物质、污染物)随水一起扩散和迁移的现象。虽然本书主要关注水分动态,但理解水分的运动必然涉及其携带物质的迁移,这也是模型应用中需要考虑的重要方面。 相变: 水分在土壤中的蒸发、蒸腾和凝结等相态变化。这直接与大气条件(温度、湿度、风速)和植被生理活动相关,是地表能量平衡和水分循环的重要组成部分。 第二部分:土壤水分动态模拟模型体系 基于前述的科学原理,本部分将系统介绍当前主流的土壤水分动态模拟模型。模型并非单一的“黑箱”,而是对复杂真实过程的数学抽象和工程实现。我们将按照模型的复杂程度和应用范围进行分类阐述。 概念模型: 这类模型是对土壤水分过程进行高度概括和简化的模型,通常以水库的比喻来描述土壤水分的储存和输出。虽然简化,但它们能帮助我们理解水分动态的基本逻辑,适合于对精度要求不高的初步分析。我们将介绍这类模型的典型结构和参数意义。 过程模型(或称物理模型): 这类模型基于物理定律(如 Darcy 定律、质量守恒定律)来描述土壤水分的运动和储存。它们通常将土壤剖面离散化为若干层,在每一层内计算水分的收支平衡。我们将详细介绍: Richards 方程: 这是描述非饱和土壤中一维垂直水分运动的经典方程。我们将解析其推导过程,解释方程中的各项物理意义,如含水量、导水率、基质势等。 多维模型: 针对更复杂的地形和土壤异质性,模型可以扩展到二维甚至三维,考虑水分的水平运动。这类模型能更精细地刻画土壤水分的空间分布和迁移过程。 考虑植被蒸腾的模型: 真实地表的水分动态离不开植被的影响。我们将介绍如何将植被蒸腾纳入模型,分析不同类型的蒸腾模型(如 Penman-Monteith 方程的应用)以及其参数化方法。 耦合模型: 某些模型会将土壤水分模型与地表径流模型、地下水模型、甚至大气模型耦合起来,以更全面地模拟区域水文循环和气候相互作用。 数据驱动模型: 这类模型不直接依赖于底层的物理过程,而是通过统计方法或机器学习算法,从大量的观测数据中学习输入(如降雨、气温、地表覆盖)与输出(如土壤含水量、蒸发量)之间的关系。我们将讨论其优势(如计算效率高、处理复杂非线性关系能力强)和局限性(如可解释性相对较差)。 在介绍各种模型时,我们将重点关注: 模型结构: 模型如何将时间和空间进行离散化,各个模块如何连接。 模型参数: 模型所需的输入参数,包括土壤物理性质参数、气候参数、植被参数等,以及这些参数的获取途径(如实验测量、遥感数据、反演)。 模型求解方法: 数值求解方法(如有限差分法、有限元法)在模型中的应用。 模型验证与校准: 如何利用观测数据评估模型的精度,以及如何通过调整参数来提高模型的模拟效果。 第三部分:土壤水分动态模拟模型的广泛应用 模型不仅仅是理论的推演,其价值体现在解决实际问题的能力。本部分将聚焦于土壤水分动态模拟模型在不同领域的应用案例。 农业生产与灌溉管理: 作物水分胁迫监测与预警: 通过模拟土壤水分状况,可以准确判断作物是否面临水分胁迫,指导农民进行科学灌溉,避免因缺水或过量灌溉造成的损失。 灌溉定额优化: 模型可以模拟不同灌溉策略下的土壤水分动态,帮助确定最优的灌溉水量和灌溉频率,提高水分利用效率,减少水资源浪费。 作物产量预测: 土壤水分是影响作物生长的关键因素,通过将土壤水分模拟结果与作物生长模型相结合,可以更准确地预测作物产量。 水资源管理与水文预测: 地下水补给量估算: 模型可以模拟降雨入渗和向下渗透的过程,从而估算地下水的补给量,为地下水资源的合理开发利用提供科学依据。 地表径流模拟: 土壤水分状况直接影响地表径流的产生和汇流过程。通过模拟土壤水分,可以提高地表径流模型的精度,为洪水预报和水土保持提供支持。 干旱监测与评估: 长期的土壤干旱是干旱灾害的重要表现。模型可以模拟土壤水分的长期变化趋势,为干旱的监测、评估和预警提供重要信息。 生态环境与气候变化研究: 植被生态系统模拟: 土壤水分是支撑植被生存和发展的基本要素。模型可以模拟不同气候和土壤条件下植被的响应,研究植被对水分变化的敏感性。 土壤碳循环模拟: 土壤水分的动态变化会影响土壤微生物的活性,进而影响土壤有机质的分解和碳的释放,对土壤碳循环产生重要影响。 地表能量平衡与气候反馈: 土壤水分的蒸发和蒸腾是地表能量平衡的重要组成部分,同时也会影响地表温度和湿度,进而与大气相互作用,产生气候反馈。模型可以帮助我们理解这些复杂的相互作用。 环境污染与修复: 污染物迁移模拟: 土壤水分的运动是污染物在土壤中迁移的主要驱动力。模型可以模拟农药、重金属等污染物在土壤中的迁移路径和分布,为环境污染的评估和修复提供决策支持。 土壤修复效果评估: 在进行土壤修复时,土壤水分动态模型可以帮助评估不同修复措施对污染物迁移和降解的影响。 在应用案例的介绍中,我们将强调模型的具体输入、输出,以及模型模拟结果如何转化为实际的决策依据。我们将分享成功的应用经验,也可能探讨模型在应用过程中遇到的挑战和局限性,并提出潜在的改进方向。 结语 本书旨在成为一本关于土壤水分动态模拟的“百科全书”,从基础理论到前沿应用,力求为读者提供一个全面、系统、深入的学习和研究平台。我们希望通过对土壤水分动态模拟模型及其应用的详细解析,能够激发读者对地球水循环、生态系统过程以及可持续发展问题的深入思考,并为相关领域的科研、教学和实践提供有力的工具和参考。理解土壤中的水分流转,就是理解地球的生命脉搏,是我们应对未来挑战、实现可持续发展的必由之路。

用户评价

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这本书,我拿到手里,就感觉到它沉甸甸的分量,不仅仅是物理上的,更是知识上的。作者在书中对土壤水分动态的阐述,简直可以用“鞭辟入里”来形容。他不仅仅是罗列了各种影响因素,更重要的是,他揭示了这些因素之间复杂的耦合关系。例如,土壤结构如何影响渗透速率,而渗透速率又如何决定了水分在不同土层中的分布。这种系统性的思考方式,让我醍醐灌顶。我曾试图理解为什么在某些地区,即使降雨充沛,土壤却依然显得贫瘠,这本书让我找到了答案——可能是土壤本身的持水能力不足,也可能是水分快速流失,未能有效地被植物吸收。作者对于模型构建的论述,更是让我对科学研究的严谨性有了更深的认识。他详细地介绍了模型中的假设、边界条件以及各种简化处理,并分析了这些处理可能带来的误差。这种对模型局限性的清醒认识,本身就非常有价值。这本书让我明白,科学模型不是万能的,但它是我们认识和理解复杂自然现象最有效的工具之一。阅读过程中,我反复思考书中的模型如何能够帮助我们预测未来,比如预测干旱的发生概率,或者评估某项水土保持措施的效果。这种前瞻性的思考,让我觉得这本书的价值非凡。

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作为一名初涉科研领域的研究生,我迫切需要一本能够系统性地梳理土壤水分动态模拟相关知识的参考书。这本书,恰好填补了我的这一空白。其结构的严谨性和内容的全面性,令我印象深刻。从基础的水文学原理,到各种模型理论的详细介绍,再到模型在不同应用场景下的实践,都构建了一个清晰的学习路径。我特别欣赏作者在梳理不同模型(如集总式模型、分布式模型)的优缺点时,所展现出的客观和深刻的分析。这让我能够根据自己的研究需求,选择最适合的模型工具。书中关于模型参数化和校准的章节,更是提供了宝贵的实践指导。我曾经在自己的研究项目中,为参数的不确定性而苦恼,而这本书中的方法和案例,让我豁然开朗,找到了解决问题的思路。此外,作者还探讨了模型在应对极端气候事件(如干旱、洪涝)中的应用,这对于当前全球气候变化背景下的水资源管理和风险评估,具有极其重要的现实意义。每次阅读,我都能从中汲取新的灵感,也对自己的研究方向有了更清晰的定位。这本书,我已经把它作为我案头必备的工具书,随时翻阅,并时不时地对照我的实验数据,进行更深入的分析和思考。

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我是一位长期关注环境问题和社会可持续发展的读者,购买这本书的初衷是希望能更深入地理解影响我们生态系统健康的关键因素之一——土壤水分。这本书的内容,可以说超出了我的预期,也让我对“土壤”这两个字有了全新的认识。它不再仅仅是承载植物生长的介质,而是一个充满动态变化、复杂交互的“生命体”。作者在书中详细阐述的各种影响土壤水分行为的因素,比如土壤质地、结构、有机质含量,以及更深层次的气候变化、植被覆盖等,都让我对这些宏观环境问题的根源有了更微观、更具象的理解。我尤其对书中关于水分蒸发、蒸腾以及入渗的章节印象深刻。它们不仅仅是简单的物理过程描述,作者将其与能量平衡、植物生理等多个维度联系起来,展现了土壤水分动态的系统性。那些关于“滞水”、“有效水分”的论述,让我理解了为什么即使在雨季,某些区域依然可能面临缺水的问题。书中关于模型验证的部分,更是让我看到了科学研究的严谨性——理论的提出固然重要,但其是否能够准确反映现实,才是检验其价值的关键。这本书让我认识到,我们常常低估了土壤内部微观世界的复杂性,而正是这些微观过程的累积,最终构成了宏观的生态环境变化。它促使我反思,我们在进行任何与土地相关的开发活动时,都必须充分考虑土壤水分的动态变化,否则,我们可能会付出沉重的代价。

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我曾经对“模型”这个词抱有一种敬畏感,觉得它离我的生活很遥远。然而,这本书彻底改变了我的看法。它让我明白,模型并非高高在上的理论,而是解决实际问题的有力工具。作者在书中,将复杂的土壤水分动态模拟过程,拆解成一个个易于理解的模块,并且通过大量的图示和案例,让抽象的科学原理变得生动形象。我尤其喜欢作者在介绍模型如何应用于环境保护时所举的例子。比如,如何利用模型来评估土地开发对区域地下水补给的影响,或者如何预测农药在土壤中的迁移和淋溶风险。这些应用,让我看到了科学研究的实际价值,也让我更加关注我们身边的环境问题。阅读过程中,我仿佛置身于一个实验室,亲眼见证着作者如何一步步构建模型,如何进行参数率定,如何验证模型的准确性。这种沉浸式的阅读体验,让我对科学研究的流程和方法有了更直观的认识。这本书,不仅仅是关于土壤水分,它更是一本关于如何用科学方法解决现实问题的教科书。它激发了我对应用科学的兴趣,也让我相信,只要我们掌握了科学的方法,很多看似棘手的环境问题,都有可能找到解决方案。

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我是一位对环境科学领域充满热情的学生,一直在寻找能够系统性地介绍土壤水分动态模拟的书籍。这本书,无疑成为了我心目中的“宝藏”。作者的笔触,既严谨又不失生动,将复杂的科学概念以清晰易懂的方式呈现出来。我被书中对于水分在土壤剖面中的垂直迁移和水平侧渗的详细阐述所吸引,仿佛能够亲眼看到水分在土壤颗粒之间的运动轨迹。作者关于模型参数的敏感性分析,更是让我领略到了科学研究的细致和严谨。它让我明白,在构建模型时,对关键参数的准确把握是多么重要。书中还探讨了模型在不同气候条件和不同地貌环境下的适用性,这让我对模型的普适性和局限性有了更深刻的理解。我尤其对书中关于模型在评价水资源可持续利用方面的应用印象深刻。它让我意识到,通过模拟,我们可以更好地评估不同用水策略对地下水补给、地表径流等方面的影响,从而做出更明智的水资源管理决策。这本书,已经成为我撰写研究报告和进行学术讨论时的重要参考,它不仅拓宽了我的知识视野,更激发了我对环境科学研究的无限热情。

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我对这本书的印象,如同在干涸的土地上找到了一泓清泉,让我对土壤水分有了前所未有的清晰认识。作者的叙述,如同涓涓细流,缓缓注入我的认知。我一直对自然界中的“动态”变化感到着迷,而土壤水分的动态过程,正是其中一个极其重要且又常常被忽视的环节。书中对水分在土壤中的迁移,比如毛细管作用、重力作用等,有着极为详尽的描述。我脑海中仿佛浮现出无数微小的通道,水分如同有生命一般,在其中穿梭往来。作者对于水分亏缺和水分盈余的分析,让我理解了水资源的分布不均是如何产生的,以及它对生态系统和人类社会可能带来的影响。我尤其欣赏书中关于模型在干旱地区水资源管理中的应用。当看到模型能够帮助预测干旱的发生,并为抗旱减灾提供决策依据时,我深深地感受到了科学的力量。这本书,让我不再仅仅将土壤看作是承载万物的基石,而是把它视为一个充满活度、与气候、植被、人类活动紧密相连的复杂系统。它让我对“水”有了更深层次的敬畏,也对如何更有效地利用和保护这一宝贵资源有了更清晰的认识。

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我是一名对自然地理现象充满好奇心的普通读者,对于“土壤水分”这个概念,我一直觉得它既熟悉又陌生。熟悉是因为我们每天都能接触到泥土,陌生是因为我们从未真正了解过它内部的“秘密”。这本书,就像一位博学的向导,带领我深入探索了土壤水分的奇妙世界。作者的描述,让我能够想象出雨水如何渗透到土壤深处,根系如何从中汲取生命之源,以及水分如何在土壤颗粒之间悄无声息地流动。书中的一些概念,例如“场强”、“水势梯度”,在作者的通俗解读下,变得生动有趣,不再是冰冷的科学术语,而是描绘土壤内部一场场“水分拉力赛”的生动写照。我特别喜欢作者在讲解水分蒸发和蒸腾过程时,所引用的各种自然现象。比如,在烈日炎炎的夏季,为什么土地会变得干燥?为什么草地比柏油路更容易保持湿润?这些日常的观察,在这本书的逻辑框架下,都得到了令人信服的解释。这本书让我意识到,我们脚下的这片土地,并非静止不动,而是充满了复杂而精妙的物理和生物化学过程。它激发了我对周围环境更细致的观察,也让我对“节约用水”有了更深层次的理解,因为我知道,每一滴水都在土壤中扮演着至关重要的角色。

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我是一名从事农业生产的技术人员,一直希望能够找到一些能够指导实际生产的书籍,提升我们对作物生长环境的理解。这本书,虽然看起来很学术,但其中蕴含的原理和方法,对于我来说,简直是“及时雨”。书中所阐述的土壤水分动态变化,直接关系到作物的生长发育、水分胁迫以及肥料的利用效率。我尤其对书中关于不同土壤类型对水分的保持能力和渗透性的比较,以及这些特性如何影响灌溉策略的章节,印象深刻。作者通过模型模拟,清晰地展示了在不同土壤条件下,采取何种灌溉方式和灌溉量,能够最大程度地提高水分利用效率,减少浪费。这对于我们这些一线生产者来说,具有非常直接的指导意义。此外,书中关于土壤水分与植物生理过程耦合的论述,让我明白了为什么有时即使给作物浇了足够的水,作物依然表现出缺水症状。原来,这可能与土壤中的水分形态、根系分布以及蒸腾速率等因素有关。这本书,我计划将书中的关键模型和参数,尝试应用到我们农场的实际监测数据中,希望能够通过模拟,为我们的精准灌溉和科学施肥提供更可靠的依据。

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这本书,对我而言,不仅仅是一本学术著作,更像是一位循循善诱的老师。我一直对地球科学领域抱有浓厚的兴趣,而土壤水分,作为连接地表与地下、气候与生态的关键环节,一直是我想要深入了解的主题。这本书的出现,如同一盏明灯,照亮了我前行的道路。作者在书中,不仅详细介绍了土壤水分动态模拟的理论基础,还深入探讨了各种模型的构建原理和应用方法。我尤其被书中关于模型精度和不确定性分析的章节所吸引。作者并没有回避模型可能存在的局限性,而是直面问题,并提出了相应的解决方案。这让我认识到,科学研究并非追求完美的绝对真理,而是不断逼近真实、不断优化认知过程。书中关于模型在水土流失预测和土壤侵蚀控制中的应用,让我看到了模拟模型在环境保护方面的巨大潜力。我曾思考,如果能够将这些模型应用到实际的坡耕地管理中,是否能够有效地减少水土流失,保护我们的耕地资源。这种将书本知识与现实问题相结合的思考,是我从这本书中最大的收获。

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这本书,我翻了好几个月才真正看完,期间无数次被其中的深邃和严谨所折服。我并非这个领域的专业人士,纯粹是出于对地球科学的浓厚兴趣而购入。起初,我抱着一种“了解一点”的心态,但随着阅读的深入,我发现自己完全被吸引住了。作者的文笔虽然学术,但并不枯燥,反而有一种抽丝剥茧般的逻辑美感。每一章的开篇都像是一个引人入胜的场景设置,将读者带入一个需要解决的实际问题,然后循序渐进地展示如何通过模型来理解和解决这些问题。我尤其喜欢作者在介绍数学公式和理论模型时,会辅以大量的图表和实例,这极大地降低了理解门槛。我曾反复研读关于土壤水分迁移机制的部分,那些关于重力势、基质势、渗透系数的阐述,在我脑海中勾勒出了土壤内部复杂的“地下水流”画卷。那些看似抽象的微分方程,在作者的解读下,仿佛变成了驱动地球系统运转的有力臂膀。我甚至尝试着自己动手,对照书中的例子,用简单的电子表格进行了一些辅助计算,虽然粗糙,但却让我切实体会到了模型预测的强大力量。这本书不仅仅是关于土壤水分,它更像是一扇窗户,让我窥见了整个陆地水循环的奥秘,以及人类活动对其产生的深刻影响。很多时候,我会在夜深人静时,捧着这本书,思考着如何将书中的理论知识应用到现实世界的某个具体场景,比如农田灌溉、水土保持,甚至是城市排水系统。这种跨学科的思考,让我觉得这本书的价值远超其本身的学术范畴,它激发了我更广阔的视野和更深邃的思考。

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