本書針對氣候變化下湖泊生態災害發生和生態系統退化的現象和過程，介紹了在氣候、水文和生態系統多因子影響下湖泊長期演變系統模式構建。通過對長江中下游鄱陽湖、太湖、巢湖等8個典型湖泊和53個湖泊群組成的湖泊進行水文-生態系統近現代和歷史時期的模擬，以反演湖泊長期變化過程的視角，從動力學機制診斷湖泊生態系統演變，進而診斷湖泊生態系統的變化歸因。
長江中下游地區聚集了我國五分之四的淡水湖泊，既包括了鄱陽湖、洞庭湖、太湖、洪澤湖、巢湖等大型淺水湖泊，也包括了700多個湖泊構成的長江中游江漢一洞庭湖平原湖泊群、長江下游鄱陽湖一江北平原湖泊群、太湖一河口三角洲平原湖泊群，它們構成了我國最大的淡水湖泊群。根據歷史文獻記載和湖泊沉積記錄的研究，在過去歷史時期這些湖泊和湖？白群經歷了巨大變化。由于這些淺水湖泊是在長江中下游洪泛平原上發育形成，它們具有高營養鹽沉積背景且水力停留時間較短的特征，且與長江有密切的水力聯系。然而在湖泊長期的演化過程中，外源磷負荷的增加極大地加快了湖泊營養態的演化速率和湖泊向富營養態的演化進程；同時洪泛平原的地質地貌特征決定了淺水型湖泊發育的幾何形態，由于湖泊庫容量小而面積大，較之深水湖泊，其對流域氣候變化的響應更為強烈和顯著。然而，由于缺乏長期連續性湖泊營養負荷的監測資料，使得在長時間尺度上認識湖泊的富營養化演化規律變得困難。歐洲和北美湖泊研究已構建了湖泊總磷計算模式，可以較好地解釋一些深水湖泊的營養態變化量級、速度和趨勢，反映出湖泊水文和沉積特征對營養態演化的制約。而目前針對亞歐大陸東岸的長江中下游淺水型湖泊的營養態演化和模擬研究仍是一個盲區。
富營養化是湖泊分類和演化學的一個概念，氮磷等營養物質的大量輸入是水體富營養化的物質基礎，是造成水體富營養化的必要條件。但湖泊營養物質的變化（如總磷水平）并非呈線性響應，它與氣候變化以及與湖泊生態系統中浮游植物、高等水生植物、水生動物等的作用和反饋密切相關。這種復雜關系表征的湖泊生態系統食物鏈的維系、水體營養鹽的平衡既有漸變也有突變現象，反映了在非線性系統中存在一定的臨界域，超過這個臨界閾值，即使受到很小觸發可引起重大變化。然而以中國湖泊近幾十年器測歷史資料以及依據短期驗證和率定的營養鹽模型難以獲得可靠的認識。為此，本書從湖泊營養態演化不同層次的驅動機制考慮，構建了多因子和多時間尺度下湖泊生態系統初級生產者與頂級捕食者的關系和結構動力模型以及湖泊營養鹽變化動力模型進行長時間的計算機數值模擬，對認識氣候水文因子在年際。年代際時間尺度下變化，湖泊生態系統和湖泊營養態從漸變到突變的演化過程，探索觸發湖泊突變的關鍵因子和機制，對精確預測由人類排放活動導致的湖泊富營養化有著重要作用，也對湖泊生態系統的長期營養態變化過程認識有所突破。
目錄
前言
第一篇 模型構建原理和方法
第1章 概述 3
第2章 氣候與流域水文模型 9
2.1 全球氣候模式在湖泊流域模擬中的應用 9
2.2 流域水文模式及千年長度模擬的可行性 10
第3章 湖泊生態系統模型 14
3.1 描述生態系統方程的有關變量、參數和公式 14
3.2 生態系統模型和結構 18
3.3 湖泊生態系統外強迫作用和反饋模式 19
3.4 模型結構、求解和運行 21
第4章 湖泊水文-營養鹽沉積模型 25
4.1 基本物質平衡公式 25
4.2 湖泊生態系統-營養鹽沉積模型 27
4.3 湖泊營養態演變模擬設計 30
第5章 湖泊生態系統湖泊空間模型 33
5.1 湖泊流域自然地理要素在空間模型中界定和設置 33
5.2 空間模型的狀態變量 34
5.3 空間模型構建和運行 35
第二篇 近現代模擬
第6章 長江中下游湖泊模擬基礎 39
6.1 區域湖泊特征和變化 39
6.2 區域氣候變化 41
6.3 湖泊水質營養態 42
6.4 湖泊營養鹽的主要來源 43
第7章 太湖營養鹽沉積模擬 45
7.1 湖泊氣候水文特征 45
7.2 湖泊水文因子計算 47
7.3 太湖流域入湖總磷負荷 50
7.4 湖泊營養態發展 52
第8章 巢湖營養鹽模擬 54
8.1 巢湖流域氣候水文 54
8.2 水文因子計算 56
8.3 巢湖流域入湖總磷負荷 59
8.4 湖泊營養態發展 61
第9章 鄱陽湖營養鹽模擬 63
9.1 鄱陽湖自然地理背景 63
9.2 湖泊水文因子計算 67
9.3 湖泊總磷負荷模擬計算 70
9.4 湖泊營養態發展 72
第10章 長江中下游湖泊群營養鹽模擬(1) 74
10.1 典型湖泊的選擇 74
10.2 數據和分析計算 75
10.3 模式和模擬 76
10.4 模擬結果和分析 80
第11章 長江中下游湖泊群營養鹽模擬(2) 84
11.1 湖泊群模擬試驗設置 84
11.2 模擬試驗 91
11.3 結語 97
第12章 鄱陽湖生態系統模擬 99
12.1 湖泊生物群落和環境因子 99
12.2 湖泊生態動力模型 103
12.3 模擬方案、輸入和輸出 103
12.4 模擬結果和分析 106
12.5 敏感因子試驗(試驗3) 108
12.6 討論和結語 111
第13章 鄱陽湖水文和生態系統的空間變化模擬 113
13.1 湖泊植物群落空間模擬基礎 113
13.2 鄱陽湖水位變化下生物量響應模擬 117
13.3 湖泊底形與水位控制下生物量空間模擬 119
13.4 湖泊生物量空間變化模擬 122
第三篇 歷史演化模擬
第14章 鄱陽湖歷史時期流域水文模擬 127
14.1 鄱陽湖長期氣候水文及生態系統變化 127
14.2 歷史時期湖泊水文模擬 128
14.3 模擬方法和步驟 129
14.4 模擬結果分析 131
14.5 討論和結語 136
第15章 鄱陽湖營養鹽演化模擬 138
15.1 模型和模擬試驗 138
15.2 資料與參數 138
15.3 模擬結果分析 140
15.4 試驗3和敏感試驗 145
15.5 討論和結語 147
第16章 鄱陽湖生物量演化模擬 149
16.1 過去1000年資料與參數 149
16.2 模擬分析 151
16.3 驅動生物量變化因子分析 156
第17章 長江中下游湖泊群營養鹽演化模擬 160
17.1 數據和資料 160
17.2 試驗設置和模擬結果 161
17.3 分析和討論 162
第18章 長江中下游湖泊群生物量演化模擬 166
18.1 控制實驗 166
18.2 歷史時期湖泊生物量 167
18.3 歷史時期湖泊生物量與營養鹽關系 169
第19章 歷史模擬的對比檢驗 171
19.1 歷史文檔和湖泊沉積記錄 171
19.2 區域氣候演化對比 171
19.3 流域水文演化對比 172
19.4 湖泊營養鹽演化對比 176
19.5 生物量變化 178
參考文獻 181
致謝 194
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