本书介绍了基于观测和空间数据分析的数字流域方法，包括流域属性空间数据场的预测、估计、评估与决策，以及时空大数据与智慧流域方法。本书基于流域过程及其属性场空间格局的多尺度性、异质性、不确定性问题，分析了流域过程多尺度及测量尺度、流域属性空间异构性量化、不确定性建模，研究了考虑空间异质性和不确定性的流域空间属性场的预测和估计方法以及多属性评估决策方法，并分别对流域地形属性和参数的估计、降水场的空间异构和估计、土壤湿度空间异构和估计、流域地表覆盖异构以及流域地表径流深和流速场的估计进行了介绍。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 背景与现状 1
1.2 数字流域空间属性预测与评估决策 3
1.3 尺度问题 5
1.4 异质性问题及空间异构 6
1.5 不确定性问题 6
1.6 流域空间属性预测及评估决策方法 7
1.6.1 考虑尺度、异质性和不确定性的流域空间属性预测与估计 7
1.6.2 考虑异质性和不确定性的流域多属性评估决策 8
1.7 时空大数据 8
参考文献 9
第2章 流域过程及空间属性格局的多尺度与异质性 11
2.1 流域现象和过程的时空尺度特征 11
2.2 空间异构性分析 13
2.3 流域属性的空间异构性与尺度 14
2.3.1 降水的空间异构性和尺度 17
2.3.2 土壤湿度的空间异构性和尺度 19
2.3.3 景观及地表覆盖的异构性与尺度 22
2.4 流域空间属性数据获取：取样与测量 30
2.4.1 过程理解 31
2.4.2 地面数据获取及取样设计 31
2.4.3 多种数据获取方法及其尺度特征 33
2.5 流域属性空间格局异构分析及量化和建模方法 35
2.5.1 空间连续属性异构的量化 35
2.5.2 空间离散属性异构的量化 40
2.5.3 局部空间分析 43
参考文献 45
第3章 流域空间属性的不确定性 48
3.1 引言 48
3.1.1 变量数据的不确定性 48
3.1.2 模型的不确定性 50
3.2 随机变量的概率及统计 51
3.3 模糊集 58
3.4 随机集 60
3.5 模型输入及参数不确定性 63
3.6 模型状态和输出不确定性及数据同化 65
参考文献 67
第4章 流域空间属性的预测与估计方法 69
4.1 流域空间建模与预测方法 69
4.2 空间插值 70
4.2.1 无辅助信息的决定性插值方法 71
4.2.2 无辅助信息的统计插值方法 72
4.2.3 不同插值方法的比较 79
4.2.4 有辅助信息的插值方法 81
4.3 多变量空间统计预测 81
4.3.1 两变量协克里金法 82
4.3.2 回归克里金法 83
4.3.3 地理加权回归克里金法 85
4.4 地理加权回归方法分析 86
4.4.1 多元线性回归 86
4.4.2 地理加权回归 86
4.4.3 地理时空加权回归 89
4.5 统计降尺度 89
4.6 随机模拟发生器 91
4.6.1 单站点时间序列随机模拟 91
4.6.2 多站点时空随机模拟 93
4.6.3 属性场空间分布的统计模拟 94
4.7 其他方法 95
4.8 流域空间属性的遥感估计 102
4.8.1 遥感数据的特征 102
4.8.2 流域属性遥感反演估计 104
4.9 数据同化 105
参考文献 105
第5章 流域空间多属性评估与决策方法 108
5.1 空间多准则加权线性组合 108
5.1.1 空间属性的全局标准化及全局权重 110
5.1.2 空间异构及局部加权线性组合 116
5.2 层次分析法 119
5.2.1 空间层次分析法的一般过程 119
5.2.2 空间层次分析法的权重确定 120
5.2.3 考虑不确定性的权重确定 121
5.3 空间有序加权平均 124
5.3.1 一般有序加权平均方法 124
5.3.2 全局空间有序加权平均方法 128
5.4 空间多准则的不确定与敏感性分析 129
5.5 空间多属性证据组合 131
5.5.1 证据的表示 131
5.5.2 证据组合 132
5.5.3 决策规则及示例 132
5.6 混合方法的空间多属性评估 135
5.7 贝叶斯网空间多属性评估 136
5.8 系统动力学方法 138
5.8.1 多要素交互系统的方程表达 139
5.8.2 交互方程 139
5.8.3 表达多要素交互系统的方程的基本特征 139
5.8.4 例子：流域洪泛区洪水-社会交互建模 140
参考文献 145
第6章 流域地形分析及参数估计 147
6.1 地形对水文及气候的影响 147
6.2 地形属性参数方法 153
6.2.1 基本地形属性参数 153
6.2.2 间接地形属性参数 156
6.3 地形的尺度与异构 159
6.3.1 地形尺度 159
6.3.2 高程异构 160
参考文献 162
第7章 流域大气水汽及降水场的估计与模拟 164
7.1 流域大气水汽含量和水汽通量的估计 164
7.1.1 流域大气水汽含量(可降水量) 164
7.1.2 水汽输送及水汽通量 165
7.1.3 大气再分析资料 166
7.1.4 大气水汽含量的遥感估计 169
7.1.5 大气水汽含量及通量的三维时空格局 172
7.2 降水场的多源数据融合估计 177
7.2.1 云类型及降水系统 177
7.2.2 云及降水的卫星遥感估计 181
7.2.3 站点及面降水多源数据融合估计 186
7.3 降尺度降水场估计 189
7.4 降水场的模拟 194
7.4.1 基于物理模型和数据同化的降水模拟 194
7.4.2 站点降水时间系列随机模拟 197
7.4.3 基于时空统计的降水场模拟 198
参考文献 200
第8章 流域土壤湿度分布异构及估计方法 204
8.1 土壤含水量相关的概念 204
8.2 土壤质地类型与土壤水文特征 205
8.3 地形对土壤水分空间分布的影响 211
8.4 地表覆盖/土地利用对土壤水分空间分布的影响 212
8.5 土壤水分的空间异构性 214
8.6 土壤水分空间分布的遥感估计 215
参考文献 220
第9章 多尺度流域地表覆盖/土地利用及异构性 223
9.1 流域地表覆盖/土地利用 223
9.2 主要的地表覆盖/土地利用分类系统 225
9.3 流域地表覆盖/土地利用的尺度和异构 230
9.4 不同地表覆盖/土地利用系统之间的转换 234
9.5 流域地表覆盖/土地利用遥感 235
9.6 植被及景观粗糙度遥感 236
参考文献 237
第10章 流域地表径流深及流速场估计 239
10.1 SCS-CN 曲线数方法地表径流深估计 239
10.2 基于入渗量的地表径流深估计 244
10.3 唐白河流域地表径流深估计 246
10.4 地表径流速度场估计 253
10.4.1 地表径流速度场研究概况 253
10.4.2 流速计算公式 255
10.4.3 基于SCS和Maidment的流域流速场估计 256
参考文献 259
第11章 流域水文水资源数据模型 262
11.1 基础空间数据模型 262
11.2 流域地表水文水资源数据模型 263
11.3 流域地下水文水资源数据模型 268
11.4 流域灌溉数据模型 271
11.5 城市流域暴雨和污水系统数据模型 276
11.6 流域水质数据模型 278
11.7 流域洪水数据模型 280
参考文献 285
第12章 时空大数据与智慧流域 287
12.1 大数据概述 287
12.2 时空大数据 288
12.3 时空大数据技术 294
12.3.1 数据采集 295
12.3.2 数据接入(数据接入规范、数据交换标准)及转换 302
12.3.3 数据存储格式 304
12.3.4 大数据集成技术 306
12.3.5 大数据处理 308
12.4 时空大数据、智慧流域与评估决策 309
12.4.1 流域自然-社会综合系统及监测网络 309
12.4.2 流域时空大数据 311
12.4.3 智慧流域及评估决策 313
12.4.4 智慧流域信息服务及应用 315
参考文献 316
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