1.3 本书研究内容及技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.农田生态系统结构及其演变特征
选择合适比例尺研究区域地形图为工作地图，利用不同时期土地利用结构图、遥感影像图，结合研究区域土地利用和种植结构野外实地调查，探索研究区域农田生态系统格局的演变特征。通过景观格局指标的分析，定量分析区域景观格局的演变特征。
2.农田生态系统演变对水循环的影响
通过对农田生态格局变化形势和研究区域内水文变量变化形势作直观的比较描述，建立农田生态要素和各种水文变量间的基本关系，分析农田生态和水循环变量间的关联程度及造成水文变量变化过程的基本原因。并以此为基础，采用综合比例分摊法，对农田生态格局及气候变化对水循环的贡献进行分摊。
建立流域尺度的水文模型，结合典型流域土地利用情况（遥感影像解译）等农田生态格局因素的变化，获得其时空变化规律，从而进一步分析农田生态格局变化对水循环的影响，预测不同农田生态格局下水循环的发展趋势。
3.流域蒸散发下垫面修正系数的反演
以海河流域典型子流域滹沱河流域为研究对象，通过研究长序列气象资料，得到参考作物蒸发蒸腾量（ET0）及实际蒸发量（ETa）的时空变化特征，分析其变化规律，并对两者的关联性进行研究。通过流域下垫面修正系数（Kp）的建立，分析下垫面修正系数的年际、年内以及空间的分布。
4.气候变化背景下水循环要素的时空演变特征
以气候变化背景下，海河流域水循环要素时空演变特征为研究对象，利用长期水文观测数据，分析包括降雨、蒸发（主要通过参考作物蒸发蒸腾量和水面蒸发反映）和径流在内的主要水文序列过程，采用线性回归法、非参数检验法等周期性分析工具研究海河流域陆地水循环、气候要素各种时间尺度的变化和变异，包括年代际变化、周期、突变和趋势。重点分析近50年海河流域地面降水、径流和参考作物蒸发蒸腾量变化的时空规律，特别是长期趋势变化和年代际、周期变化规律。
采用旋转经验正交函数（REOF），基于参考作物蒸发蒸腾量将海河流域划分成不同的敏感区域，研究各区域的参考作物蒸发蒸腾量（ET0）及气候变化规律，研究不同气候因素分别对参考作物蒸发蒸腾量变化的贡献率。
5.气候变化对流域水循环及径流的影响
选取有代表性的滦河流域为研究对象，分析流域降水及气温的时空分布特征，通过模型分析，预测未来气候变化对径流的影响，分析气象因素对径流变化的敏感性。
1.3.2 技术路线
本书首先探索了典型区域农田生态格局的演变规律，在此基础上，提出水文效应综合比例分摊法，定量评估了农田生态格局演变对水循环的影响。同时，反演了综合表征流域地表特征的下垫面修正系数，并分析了其分布特征。在气候变化背景下，分析了降雨和不同蒸发表征变量的时空变化规律，并探讨了原因。在此基础上，利用未来GCMs数据驱动集中式水文模型预估了未来径流对气候变化的响应特征。采取的技术路线如下：
（1）采用室内试验与野外现场调查、宏观研究与微观分析、统计分析与模型模拟相结合的方法，将完备的野外监测技术、室内试验方法、计算机模拟技术和3S技术等有机结合，作为本研究的主要技术支撑。
（2）选择海河流域典型流域为研究区域，充分利用其良好的数据监控网络，为本研究提供信息源。利用长序列观测的海河流域降水、气温、蒸发量等资料，并搜集不同时期土地利用、植被覆盖等图形、图像、文字资料，共同获取本研究所需数据、图像等全面信息。
（3）充分利用RS、GIS技术在获取大尺度地面资料信息方面的优势，利用相关反演模型，对区域尺度的下垫面数据进行探寻。
（4）选定农田生态格局景观格局的相关指标，对农田生态系统格局作基本统计来获取其演变特征，在此基础上结合水文模型（SWAT）寻找生态系统格局变化与水循环变化间的关系。
（5）选取适合的参数模型，结合典型流域长序列的水文、气象资料，模拟未来的径流变化趋势。在此基础上，采用模型分析方法，对未来的水资源进行预估。
具体技术路线如图1.1所示。
图1.1 研究采取的技术路线图