贺缠生教授团队：农牧交错带土地利用变化对地表水热过程的影响
贺缠生教授团队：农牧交错带土地利用变化对地表水热过程的影响
土地利用变化与地表水热过程的相互关系是当前地球系统科学研究的前沿性热点问题。大规模生态屏障建设引起的土地利用变化通过改变下垫面性质（包括地表反照率、粗糙度、植被叶面积指数和植被覆盖度等），使大气与地表间能量和水分平衡关系发生改变，进而影响地表水热过程。在不同区域和时空尺度上，土地利用变化的方式、面积和强度不同，其对地表水热过程影响的程度和机制也不尽相同。因此，如何系统揭示土地利用变化对地表水热过程的影响机理是当前亟须回答的关键科学问题；而如何定量评估生态屏障建设的区域水热效应则是当前面临的重大国家需求。
农牧交错带作为半干旱半湿润区草地和雨养农地相互镶嵌的生态复合体，是典型的生态脆弱带。同时，农牧交错带也是北方乃至全国的重要生态安全屏障，对我国的生态保护、农业生产、民族团结和经济高质量发展具有重要意义。近三十年来随着国家相关生态恢复工程的实施，农牧交错带的土地利用发生了显著变化，但尚缺乏农牧交错带土地利用变化对地表水热过程影响的系统研究，对农牧交错带生态屏障建设影响区域水热效应的分析也有待加强，气候变化背景下未来土地利用优化配置缺乏相关的理论支撑。
在国家自然科学基金委重点项目的支持下，由贺缠生教授团队撰写的《农牧交错带土地利用变化对地表水热过程的影响》一书，立足于我国农牧交错带生态屏障建设的重大需求，以土地利用/覆盖变化对地表水热过程的影响机理和生态屏障建设的区域水热效应为关键科学问题，通过定位观测、遥感反演，结合陆面过程模型与陆气双向耦合模拟等多方法多手段，在不同尺度上探明了农牧交错带水热要素的变化规律，分析了土地利用与各因子之间的相互作用过程，揭示了农牧交错带生态屏障建设影响地表水热过程和区域水热效应的物理机制，提出了推动本地区生态恢复和环境保护的具体方案。这对了解区域乃至全球变化具有重要意义。
傅伯杰
中国科学院院士
2023 年 9 月
在国家自然科学基金委员会支持下，兰州大学贺缠生教授团队开展了重点项目“西北农牧交错带土地利用/覆盖变化对地表水热过程的影响”的研究工作。
- 立足于我国农牧交错带生态屏障建设的重大需求，以土地利用/覆盖变化对地表水热过程的影响机理和生态屏障建设的区域水热效应为关键科学问题，从土地利用变化对陆气相互作用影响的连锁反馈机制入手，以西北农牧交错带为研究对象，建立了主要下垫面水热要素定位观测体系，分析了蒸散发、地表温度、土壤水分、土壤温度、反照率与植被参数等环境因子间的相互关系；
- 通过资料收集、定位监测、遥感解译、尺度拓展、陆面过程模型和区域气候−陆面双向耦合模型模拟等手段，揭示了农牧交错带过去 30 年间土地利用动态变化对地表水热过程的影响机理；
- 基于土地利用变化趋势和国家生态安全屏障建设规划，阐明了农牧交错带生态屏障建设影响区域水热效应，提出了相关适应性管理对策，为我国农牧交错带土地合理利用、生态安全屏障建设、退耕还林（草）工程及沙漠化防治提供理论依据和技术支撑。
《农牧交错带土地利用变化对地表水热过程的影响》（贺缠生等著. 北京：科学出版社，2024.3）的主要特色和创新在于：
- 构建了西北农牧交错带地表水热过程观测系统：阐明了西北农牧交错带水热要素的变化规律，厘清了土地利用变化与不同圈层中各因子的相互作用关系；
- 农牧交错带地表水热过程模拟研究：在系统的长期定位观测基础上，将植被动态过程引入区域气候模拟中，构建了考虑植被动态变化的陆气双向耦合模型（WRF-CLM和 WRF-tagging），模拟了农牧交错带地表水热过程，在考虑植被动态对陆气相互作用影响基础上，量化了植被恢复对区域水循环的贡献率和远程效应，发现农牧交错带大规模植被恢复加强了该区地表与大气的相互作用强度，降低了反照率，增加了区域净辐射和蒸散发，加剧了对大气边界层的扰动，增加了水汽垂直运动和大气不稳定性，进而间接增加了农牧交错带的局地降水量；
- 农牧交错带下垫面动态变化及对地表水热过程的影响：分析了 1982～2015 年农牧交错带植被总初级生产力、蒸散发和水分利用效率的时空变化，量化了气候和人类活动对植被变化影响的贡献率；
- 农牧交错带未来土地利用情景分析：探讨了适于我国农牧交错带的土地利用优化配置模式，评估未来不同 RCP 情景下气候变化对该地区玉米产量和水分利用效率的影响，分析了不同适应性管理措施应对气候变化的影响。
于贵瑞
中国科学院院士
2023 年 9 月
本摘编自《农牧交错带土地利用变化对地表水热过程的影响》（贺缠生等著. 北京：科学出版社，2024.3）一书“前言”“序一”“序二”，有删减修改，标题为编者所加。
审图号：GS 京（2023）2288 号
ISBN 978-7-03-077421-7
责任编辑：杨帅英 张力群
本书以西北农牧交错带为研究区域，将站点长期定位监测、遥感观测和模型模拟相结合，建立西北农牧交错带主要下垫面水热要素定位观测体系，构建考虑植被动态变化的陆气双向耦合模型，量化植被恢复对区域水循环的贡献率和远程效应，提出农牧交错带土地利用适应性管理对策，系统论述土地利用变化对地表水热过程的影响，以期为农牧交错带土地合理利用、生态安全屏障建设、水资源管理和生态恢复的可持续发展提供科技支撑。
本书可作为生态水文过程研究的参考书，也可供水文学、水土保持与荒漠化防治、环境科学与工程、生态学、自然地理学等领域的专家学者和研究生，以及高年级本科生参考使用。