本书以近地边界层大气科学的基本理论为基础，系统地论述了陆地生态系统CO2、H2O、热量和动量通量的观测原理与方法，为从事全球变化、陆地生态系统碳循环和水循环以及地圈-生物圈-大气圈相互作用研究领域的科技人员提供了野外观测、数据质量控制与分析、生态学知识与数学模型的提炼等方面的基础理论和实践技术，可作为相关领域科研工作者的理论学习和实践活动的参考书。

全书共17章，第1~6章系统介绍了全球变化与陆地生态系统碳、氮和水循环，陆地生态系统的能量和物质交换通量，地球大气圈的垂直构造与大气成分，大气圈的辐射传输与地表辐射平衡，近地边界层特征与空气运动基本方程，近地边界层湍流运动特征与扩散通量等有关近地边界层大气科学的基础理论；第7~10章详细讨论了基于空气动力学和热平衡的通量观测、涡度相关技术原理及通量观测、涡度相关观测中的若干理论和技术问题、稳定同位素技术在通量观测中的应用；第11~14章综述了陆地生态系统不同界面的碳氮水交换通量观测方法、陆地生态系统碳循环与碳通量评价模型、陆地生态系统的水循环及水通量的评价模拟、陆地生态系统碳-氮-水耦合循环及模拟模型的研究进展；第15、16章分别介绍和评述了全球陆地生态系统的通量观测及其实例，全球陆地大气边界层观测实验/生态系统通量观测网络与相关研究计划；第17章讨论了中国通量观测研究网络的建设、研究进展及发展方向。

前辅文
第1章 全球变化与陆地生态系统碳、氮和水循环
  1.1 引言
  1.2 全球气候变化与生态系统
   1.2.1 全球变化及其成因
   1.2.2 全球气候变暖的基本事实
   1.2.3 全球变暖的成因
   1.2.4 全球变化对生物圈结构和功能的影响
   1.2.5 应对全球变化的适应性管理对策
  1.3 全球变化与陆地生态系统碳、氮和水循环研究
   1.3.1 陆地生态系统碳循环及其对全球变化的响应与反馈
   1.3.2 陆地生态系统水循环及其对全球变化的响应与反馈
   1.3.3 陆地生态系统氮循环及其对全球变化的响应与反馈
  1.4 全球变化与陆地生态系统碳-氮-水耦合循环研究
   1.4.1 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环研究的理论和实践意义
   1.4.2 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环研究的基本科学问题
   1.4.3 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环机制的逻辑框架
  参考文献
第2章 陆地生态系统能量和物质的交换通量
  2.1 生态系统的能量传输与物质循环
   2.1.1 陆地生态系统的概念与分布格局
   2.1.2 陆地生态系统的能量传输和转化
   2.1.3 陆地生态系统的物质循环
  2.2 生态系统物质与能量通量的基本概念
   2.2.1 动量通量
   2.2.2 辐射通量
   2.2.3 显热和潜热通量
   2.2.4 物质通量
   2.2.5 H2O通量
   2.2.6 CO2通量
  2.3 生态系统生产力与碳通量
   2.3.1 总初级生产力(GPP)
   2.3.2 净初级生产力(NPP)
   2.3.3 净生态系统生产力(NEP)
   2.3.4 净生物群系生产力(NBP)
   2.3.5 净生态系统碳交换量(NEE)
  2.4 生态系统碳通量的生态学测定方法
   2.4.1 基于生物量变化的估算法
   2.4.2 基于碳平衡方程的估算法
   2.4.3 基于碳循环模型的估算法
   2.4.4 同化箱测定法
  2.5 生态系统水、碳与能量通量的微气象学测定法
   2.5.1 H2O和CO2通量微气象学方法概论
   2.5.2 涡度相关法的特点及其应用
   2.5.3 拓宽湍涡累积法
  参考文献
第3章 地球大气圈的垂直构造与大气成分
  3.1 地球的气候系统
   3.1.1 大气圈
   3.1.2 生物圈
   3.1.3 岩石圈与土壤圈
   3.1.4 水圈与冰雪圈
  3.2 大气圈的垂直构造
   3.2.1 地球大气圈的垂直分层现象
   3.2.2 对流层
   3.2.3 平流层
   3.2.4 中间层
   3.2.5 热层
   3.2.6 散逸层
  3.3 地球大气成分及其进化
   3.3.1 地球大气圈的成分
   3.3.2 行星和第一次原始大气
   3.3.3 第二次原始大气的生成与进化
   3.3.4 地球大气中氧的生成与进化
  3.4 大气层臭氧的生成与分解
   3.4.1 大气的臭氧与臭氧层
   3.4.2 大气中臭氧生成与分解的化学过程
   3.4.3 环境污染对大气臭氧层的影响
  3.5 大气中的CO2、CH4和N2O的浓度变化
   3.5.1 二氧化碳
   3.5.2 甲烷
   3.5.3 氧化亚氮
  3.6 大气圈的气象要素
   3.6.1 空气温度
   3.6.2 空气压力
   3.6.3 空气湿度
   3.6.4 风速与风向
   3.6.5 能见度、云与降水
  参考文献
第4章 大气圈的辐射传输与地表辐射平衡
  4.1 辐射的基本概念与定义
   4.1.1 辐射的物理特性
   4.1.2 辐射与辐射能
   4.1.3 物体对辐射能的吸收、反射和透射
   4.1.4 物体的辐射源函数
   4.1.5 物体辐射的基本定律
  4.2 太阳辐射和地球辐射
   4.2.1 太阳辐射和地球辐射的特征
   4.2.2 太阳辐射在大气上界的分布
   4.2.3 太阳辐射在大气中的衰减
  4.3 大气圈的辐射平衡
   4.3.1 大气圈的辐射平衡概述
   4.3.2 辐射平衡与时间常数
  4.4 大气中辐射传输的基本法则
   4.4.1 比尔-布格-兰伯特法则
   4.4.2 施瓦西方程和灰色大气的辐射传输方程
   4.4.3 辐射平衡解
  4.5 辐射传输对大气温度的影响
   4.5.1 大气层的辐射平衡温度与气温分布
   4.5.2 辐射吸收的温室效应
   4.5.3 辐射冷却效应
  4.6 陆地表面的辐射平衡
   4.6.1 地表的太阳辐射平衡
   4.6.2 地表接受的光合有效辐射
   4.6.3 地表的长波辐射平衡
   4.6.4 地表的辐射能量平衡
  4.7 植物群落对地表辐射平衡的影响
   4.7.1 植物叶片的光反射率、透射率与吸收率
   4.7.2 植物群落的光反射率、透射率与吸收率
   4.7.3 植被指数、叶面积指数与植被光合作用的关系
  4.8 全球的能量平衡
   4.8.1 地面的热量平衡
   4.8.2 全球的热量平衡模式
  参考文献
第5章 近地边界层特征与空气运动基本方程
  5.1 大气边界层的概念及其特征
   5.1.1 大气边界层的概念
   5.1.2 大气边界层的构造特征
   5.1.3 近地边界层的动力学特征
  5.2 边界层空气的状态方程
   5.2.1 理想气体的状态方程
   5.2.2 干空气的状态方程
   5.2.3 湿空气的状态方程
  5.3 边界层空气的运动方程
   5.3.1 连续方程(质量守恒方程)
   5.3.2 动量守恒方程
   5.3.3 能量守恒方程
  5.4 标量、热量与水汽的守恒方程
   5.4.1 标量守恒方程
   5.4.2 热量守恒方程
   5.4.3 水汽守恒方程
  5.5 空气动力学方程的简化、近似和尺度理论
   5.5.1 状态方程
   5.5.2 连续方程(质量守恒方程)
   5.5.3 平均运动方程——雷诺方程(动量守恒，牛顿第二定律)
  参考文献
  附录 矢量分析、张量简介
第6章 近地边界层湍流运动特征与扩散通量
  6.1 边界层的湍流现象及其作用
   6.1.1 湍流现象
   6.1.2 湍流的作用
   6.1.3 湍流的发生、发展和维持
  6.2 湍流物理量的定量描述
   6.2.1 湍流描述的基本思想
   6.2.2 湍流谱
   6.2.3 湍流输送与涡度相关
  6.3 边界层湍流研究的理论基础
   6.3.1 π定理与莫宁-奥布霍夫相似理论
   6.3.2 湍流的半经验理论
   6.3.3 基于K理论的扩散通量
  6.4 湍流动能和稳定度
   6.4.1 湍流动能收支方程
   6.4.2 稳定度的概念
   6.4.3 理查孙数
   6.4.4 综合稳定度表
  6.5 植被冠层对近地边界层湍流的影响
   6.5.1 风速垂直分布的对数法则
   6.5.2 空气动力学粗糙度
   6.5.3 植被冠层对风速分布的影响
   6.5.4 植被冠层内的风速分布
   6.5.5 植被冠层对温度、湿度和CO2浓度垂直分布的影响
  参考文献
第7章 基于空气动力学和热平衡的通量观测
  7.1 湍流运动的物质和热量输送
   7.1.1 物质和热量输送过程
   7.1.2 物质和热量输送通量
  7.2 梯度法的原理及其应用
   7.2.1 梯度法的基本原理
   7.2.2 莫宁-奥布霍夫相似理论在梯度法中的应用
   7.2.3 梯度法的通量计算
   7.2.4 梯度法的局限性及其改良
   7.2.5 梯度法通量观测仪器的设置、检验及结果修正
  7.3 整体法的原理及其应用
   7.3.1 整体法测定原理
   7.3.2 整体法测定通量的方法及注意事项
  7.4 热量平衡法的原理及其应用
   7.4.1 热量平衡方程
   7.4.2 波文比法（BREB）
   7.4.3 彭曼法
  7.5 拓宽湍涡累积法的原理及其应用
   7.5.1 拓宽湍涡累积法的原理
   7.5.2 拓宽湍涡累积法测定通量的传感器和采样器
   7.5.3 实验常数的确定
  参考文献
第8章 涡度相关技术的原理及通量观测
  8.1 涡度相关通量观测的基本原理
   8.1.1 涡度相关技术的发展过程
   8.1.2 生态系统CO2通量的概念
   8.1.3 通量观测的基本假设
   8.1.4 物质守恒方程及影响CO2通量的各种效应
  8.2 通量观测系统及其仪器配置
   8.2.1 观测系统及其基本要求
   8.2.2 大气要素观测系统
   8.2.3 土壤要素观测系统
   8.2.4 植物要素观测系统
   8.2.5 观测场的选择与器材设置
  8.3 湍流变化与涡度通量的测定及其关键设备
   8.3.1 风速脉动测定
   8.3.2 CO2和水汽浓度与脉动测定
   8.3.3 CH4浓度与脉动测定
   8.3.4 其他痕量气体浓度与脉动测定
   8.3.5 温度脉动测定
   8.3.6 湿度脉动测定
   8.3.7 通量测定的开路与闭路系统
  8.4 通量数据的采集、计算与校正
   8.4.1 数据采集装置与方法
   8.4.2 数据处理、结果计算和校正的一般流程
   8.4.3 通量计算要求的采样频率与平均长度
   8.4.4 数据趋势去除运算
   8.4.5 坐标轴旋转
   8.4.6 WPL校正
   8.4.7 频率响应校正
  8.5 通量数据质量的分析与评价
   8.5.1 原始数据分析
   8.5.2 大气湍流谱分析
   8.5.3 湍流的稳态测试
   8.5.4 大气湍流统计特性分析
   8.5.5 湍流通量数据的总体评价
   8.5.6 能量平衡闭合评价
  8.6 闭路系统通量观测与数据处理
   8.6.1 开路和闭路系统观测和数据处理过程的差异
   8.6.2 闭路系统的WPL校正
   8.6.3 频率衰减校正
   8.6.4 延迟时间校正
  参考文献
第9章 涡度相关通量观测中的若干理论和技术问题
  9.1 复杂条件下净生态系统碳交换量的评价
   9.1.1 涡度相关技术测定的优点及存在的问题
   9.1.2 复杂条件下净生态系统交换量评价的不确定性
  9.2 观测系统的误差与不确定性来源
   9.2.1 误差类型、成因与特征
   9.2.2 通量测定中不确定性的主要来源
  9.3 平均周期、坐标系统与低频湍流传输对通量的影响
   9.3.1 通量观测的平均周期与坐标系统
   9.3.2 低频湍流传输对通量的影响
   9.3.3 通量计算的平均周期对低频传输通量贡献的影响
  9.4 非理想观测条件下的通量评价与夜间通量数据校正
   9.4.1 非理想条件下的通量评价
   9.4.2 夜间通量观测存在的主要问题
   9.4.3 夜间通量观测值的校正方法
  9.5 缺失数据的插补
   9.5.1 缺失数据插补的必要性
   9.5.2 平均昼夜变化法
   9.5.3 半经验法
   9.5.4 人工神经网络法
   9.5.5 数据插补策略对年累积通量的影响
  9.6 CO2通量数据的拆分
   9.6.1 CO2通量数据拆分的原因
   9.6.2 基于夜间观测数据的CO2通量拆分途径
   9.6.3 基于白天观测数据的CO2通量拆分途径
   9.6.4 CO2通量拆分的有关问题
  9.7 观测系统的能量平衡闭合程度评价
   9.7.1 能量平衡闭合程度在数据质量评价中的作用
   9.7.2 能量平衡不闭合状况的变化特征
   9.7.3 能量平衡不闭合的主要原因
  9.8 通量贡献区与净生态系统CO2交换量评价
   9.8.1 通量贡献区与净生态系统CO2交换量
   9.8.2 通量贡献区概念及其评价模型
   9.8.3 观测高度、空气动力学粗糙度与大气稳定度对通量贡献区的影响
   9.8.4 冠层上部与下部通量贡献区的评价
   9.8.5 通量贡献区评价的研究重点
  9.9 通量观测在估算区域碳平衡中的应用
   9.9.1 站点通量观测数据在估算区域碳平衡中的作用
   9.9.2 站点通量观测与过程模型模拟的结合
   9.9.3 站点通量观测与遥感观测的结合
  参考文献
第10章 稳定同位素技术在通量观测中的应用
  10.1 同位素技术的基本概况
   10.1.1 同位素的基本概念
   10.1.2 同位素技术的应用
  10.2 生态系统碳和水交换过程中的稳定同位素分馏效应
   10.2.1 光合和呼吸作用过程碳同位素的分馏效应
   10.2.2 生态系统光合和呼吸过程对氧同位素的分馏效应
   10.2.3 生态系统蒸散过程对氢、氧同位素的分馏效应
  10.3 生态系统碳水通量中不同组分的区分
   10.3.1 稳定同位素通量的组成和来源
   10.3.2 生态系统光合和呼吸通量组分的区分
   10.3.3 生态系统植物蒸腾和土壤蒸发组分的区分
  10.4 生态系统同位素通量的观测技术与方法
   10.4.1 同位素质谱(IRMS)技术
   10.4.2 同位素红外光谱（IRIS）技术
   10.4.3 通量测定过程中应注意的问题
  参考文献
第11章 陆地生态系统不同界面碳氮水交换通量观测方法
  11.1 大气-陆地界面大气氮沉降观测技术
   11.1.1 大气含氮气体与主要反应途径…
   11.1.2 大气氮沉降观测与网络构建
   11.1.3 大气湿沉降观测技术
   11.1.4 大气干沉降观测技术
  11.2 土壤-大气界面CO2/CH4/N2O交换通量箱式法观测方法
   11.2.1 土壤CO2、CH4和N2O产生与消耗过程及耦合关系
   11.2.2 土壤-大气界面CO2、CH4和N2O交换通量观测方法进展
   11.2.3 静态箱-气相色谱法原理与方法
   11.2.4 静（动）态箱-红外仪连续测定原理与方法
   11.2.5 动态箱-激光法连续测定原理与方法
  11.3 根系-土壤界面养分和水分通量观测技术
   11.3.1 根际碳、氮、水循环原理
   11.3.2 根系-土壤溶液的养分循环过程
   11.3.3 土壤溶液采集方法与观测技术
   11.3.4 树干液流观测技术
  11.4 生态系统水-陆界面通量观测技术
   11.4.1 水-陆界面C、N、H2O输移过程及原理
   11.4.2 土壤壤中流监测技术
   11.4.3 小流域观测原理与技术
   11.4.4 大流域观测原理与技术
  参考文献
第12章 陆地生态系统碳循环与碳通量评价模型
  12.1 陆地生态系统碳循环与碳通量
   12.1.1 碳循环过程概述
   12.1.2 植被-大气间的碳交换过程
   12.1.3 土壤-大气间的碳交换通量
  12.2 植被光合作用的环境响应与过程机理模型
   12.2.1 光合作用的生物化学机理模型
   12.2.2 光合作用的光响应
   12.2.3 光合作用的温度响应
   12.2.4 光合作用的水分响应
  12.3 土壤呼吸的环境响应与过程机理模型
   12.3.1 全球变化对土壤呼吸的影响
   12.3.2 土壤呼吸对温度变化的响应及其模拟
   12.3.3 土壤呼吸对土壤水分变化的响应及其模拟
  12.4 陆地生态系统碳循环和碳交换量的评价模型概要
   12.4.1 生态系统碳循环模型概要
   12.4.2 生态系统与气候系统相互作用模型的发展
   12.4.3 我国生态系统碳循环和碳通量模型研究进展
   12.4.4 陆地生态系统碳循环模型的不确定性
  12.5 生态系统尺度的通量模型
   12.5.1 基于气孔行为的光合-蒸腾耦合模型
   12.5.2 土壤-植物-大气系统的通量模型
   12.5.3 景观尺度的过程模型
  12.6 区域尺度生态系统碳交换过程模型
   12.6.1 区域尺度生态系统碳交换过程模型概述
   12.6.2 CEVSA模型
   12.6.3 InTEC模型
  12.7 区域尺度碳通量评价的过程-遥感模型
   12.7.1 区域尺度碳通量评价过程-遥感模型概述
   12.7.2 光能利用率模型
   12.7.3 BEPS模型
  参考文献
第13章 陆地生态系统的水循环及水通量的评价模拟
  13.1 水的概念及性质
   13.1.1 水的生态学意义
   13.1.2 水的化学结构
   13.1.3 水的物理和化学特性
   13.1.4 自然界水溶液的化学组成
   13.1.5 水的能量状态
  13.2 水的相变与水循环
   13.2.1 水的状态与相变
   13.2.2 水的凝结
   13.2.3 地球的水资源与水循环
  13.3 陆地生态系统的蒸散通量评价模型
   13.3.1 陆地生态系统植被冠层类型
   13.3.2 单涌源模型
   13.3.3 双涌源模型
   13.3.4 多涌源模型
   13.3.5 数值模拟模型
  13.4 植被的表面阻力
   13.4.1 植被表面阻力的各种表现
   13.4.2 植被总气孔阻力和单叶气孔阻力的关系
   13.4.3 植被总气孔导度的测定方法
   13.4.4 植被总气孔导度的推测方法
  13.5 蒸散模型中其他各种阻力的估算方法
   13.5.1 封闭冠层的空气动力学阻力
   13.5.2 疏松冠层的空气动力学阻力
   13.5.3 土壤表面阻力
   13.5.4 植被总叶面边界层阻力
  13.6 区域尺度蒸散的遥感评估模拟
   13.6.1 基于经验关系的回归方程法
   13.6.2 基于能量平衡的余项法
   13.6.3 基于PM类方程的过程模型法
  参考文献
第14章 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环及模拟模型
  14.1 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环过程
   14.1.1 光合作用过程中的碳-氮-水耦合
   14.1.2 自养呼吸过程中的碳-氮耦合…
   14.1.3 异养呼吸过程中的碳-氮-水耦合
  14.2 生态系统尺度的陆地碳-氮-水耦合模型
   14.2.1 CEVSA2模型
   14.2.2 DLEM模型
  14.3 地球系统模式框架下的陆地碳-氮-水耦合模型
   14.3.1 光合作用
   14.3.2 植被碳库和氮库
   14.3.3 碳、氮分配过程
   14.3.4 自养呼吸
   14.3.5 土壤碳库和氮库以及土壤有机质分解
   14.3.6 氮限制对凋落物及土壤有机质分解的影响
   14.3.7 外部氮循环过程
  14.4 流域尺度碳-氮-水耦合模型分类及评价
   14.4.1 模型分类及比较
   14.4.2 生物地球化学模型与非点源模型耦合
  参考文献
第15章 全球陆地生态系统的通量观测及其实例
  15.1 全球陆地生态系统通量观测概况
   15.1.1 全球通量观测的发展
   15.1.2 通量观测站分布不均衡的原因及未来发展方向
  15.2 全球农田生态系统通量观测
   15.2.1 农田生态系统在全球碳蓄积中的作用
   15.2.2 农田生态系统通量观测的特点
  15.3 全球草地和湿地生态系统通量观测
   15.3.1 全球草地和湿地生态系统概况
   15.3.2 草地和湿地生态系统通量观测的特点
  15.4 全球森林生态系统的通量观测
   15.4.1 全球森林生态系统通量观测概况
   15.4.2 森林生态系统通量观测的特点
  15.5 几种具代表性的通量观测实例
   15.5.1 开路系统通量观测
   15.5.2 闭路系统通量观测
   15.5.3 开路和闭路系统的对比观测
   15.5.4 应用REA法的长期通量观测
   15.5.5 应用改良梯度法的通量观测
   15.5.6 复杂地形下的通量观测
  15.6 不同尺度的通量观测实例
   15.6.1 农业景观尺度的通量观测
   15.6.2 流域尺度的通量与水文过程的联合观测
   15.6.3 大区域的航空通量观测
  参考文献
第16章 全球陆地大气边界层观测试验/生态系统通量观测网络与相关研究计划
  16.1 大气边界层气象的综合观测试验
   16.1.1 国际水文和大气先行性试验
   16.1.2 国际卫星地表气候研究计划
   16.1.3 全球能量和水循环试验
   16.1.4 平流层过程及其在气候中的作用试验
   16.1.5 国际全球大气化学计划
   16.1.6 全球海洋通量联合研究计划
   16.1.7 亚马孙河流域大尺度生物圈-大气圈试验
   16.1.8 北美北方生态系统-大气研究
   16.1.9 加拿大麦哥泽河流域水热研究
   16.1.10 中国黑河流域遥感地面观测联合试验
   16.1.11 大气边界层气象综合观测试验的发展趋势
  16.2 FLUXNET的发展与合作机制
   16.2.1 FLUXNET的创建与发展
   16.2.2 FLUXNET的合作机制
  16.3 世界主要区域的通量观测研究网络
   16.3.1 美洲区域的通量观测研究网络
   16.3.2 欧洲区域的通量观测研究网络
   16.3.3 亚洲区域的通量观测研究网络
   16.3.4 非洲区域的通量观测研究网络
   16.3.5 澳洲区域的通量观测研究网络
  16.4 全球通量观测研究关注的主要科学问题
   16.4.1 通量与边界层
   16.4.2 通量测定的新技术
   16.4.3 通量与全球碳模拟
   16.4.4 通量与遥感观测
   16.4.5 通量水文学
   16.4.6 通量生物地理学
   16.4.7 区域碳平衡及其对全球变化的响应与适应
  16.5 全球碳观测研究计划
   16.5.1 集成性全球观测战略
   16.5.2 集成性全球碳观测研究计划
   16.5.3 国际上其他与通量观测相关的研究计划
  参考文献
第17章 中国通量观测研究网络建设、研究进展及发展方向
  17.1 ChinaFLUX的建设背景
  17.2 ChinaFLUX的研究内容、目的和设计思路
   17.2.1 科学目标
   17.2.2 设计思路
   17.2.3 研究主题与重点
  17.3 ChinaFLUX的观测台站、主要仪器设备及观测项目
   17.3.1 观测站点的发展与空间布局
   17.3.2 主要仪器设备
   17.3.3 观测内容与方法
  17.4 ChinaFLUX观测研究的主要进展
   17.4.1 陆地生态系统碳-水-通量协同观测技术系统的设计及其关键技术研究
   17.4.2 陆地生态系统碳、氮、水通量时空格局及环境影响机制研究
  17.5 全球通量观测研究网络的新使命及ChinaFLUX的发展展望
   17.5.1 全球尺度通量观测研究网络的历史使命
   17.5.2 ChinaFLUX的发展展望
  参考文献
附录Ⅰ 国际单位制（SI）：常用单位及其换算表
附录Ⅱ 饱和水汽压与温度的微分方程
附录Ⅲ 大气科学中常用的参数
附录Ⅳ 重要术语的中英文名称对照表
名词索引
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