【文章內(nèi)容簡介】 度、蒸發(fā)、土壤水分、徑流和地下水）時空演變特征為研究對象，利用中國氣象局和水利部的長期氣象和水文觀測資料，開展陸地水循環(huán)格局和水資源情勢的時空演變規(guī)律和變化過程的檢測及診斷研究；揭示陸地水循環(huán)要素和水資源格局的主要控制因素及其演化趨勢，辨識氣候變化和人為活動因素對陸地水循環(huán)格局和水資源情勢影響的相對貢獻，為建立大尺度陸地水循環(huán)模擬和數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)、實現(xiàn) “陸地水文 區(qū)域氣候”雙向耦合模擬以及研究區(qū)域水資源脆弱性與適應(yīng)對策提供基礎(chǔ)科學(xué)信息。主要研究內(nèi)容包括： 陸地水循環(huán)氣候要素多時間尺度變化規(guī)律 研究我國東部季風(fēng)區(qū)及主要江河流域（松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長江、東南諸河、珠江八大流域系統(tǒng)，下同）陸地水循環(huán)氣候要素各種時間尺度的變化和變異，包括年代際變化、周期、突變和趨勢。利用經(jīng)過質(zhì)量控制的氣象資料，采用降雨徑流系數(shù)、降雨蒸發(fā)系數(shù)、水汽收支、水循環(huán)強度指數(shù)以及時間序列的突變、周期和趨勢統(tǒng)計分析以及大尺度水汽收支診斷分析和非線性 動力學(xué)分析方法 等工具，重點分析近 50～ 100 年東部季風(fēng)氣候區(qū)和主要江河流域地面氣溫、降水、土壤水分和潛在蒸發(fā)變化的時空規(guī)律，特別是長期趨勢變化和年代際、周期變化規(guī)律。 我國東部季風(fēng)區(qū)的主要江河流域徑流和蒸發(fā)變化特征及其成因辨識 研究我國東部季風(fēng)區(qū)的主要流域地表和地下徑流的年代際變化、周期、突變和趨勢特征，并進行地表徑流和水資源量變化的成因分析。利用降雨徑流變 化趨勢法、降水徑流模式法（徑流雙累積曲線法）、流域蒸發(fā)差值法、分項調(diào)查還原法以及分布式水文模型的一致性修正方法等多種方法，對地表徑流和水資源量進行還原分析；利用時間序列突變、周期和趨勢統(tǒng)計分析工具，重點分析近 50～100 年主要流域地表徑流和水資源量變化規(guī)律，近 30 年海河等典型流域地下水位變化規(guī)律；此外，通過對東部季風(fēng)區(qū)內(nèi)主要流域的年徑流模數(shù)空間分析，開展不同流域間的徑流比較分析。利用基于降雨～徑流關(guān)系的數(shù)理統(tǒng)計模型和考慮土地利用和覆被變化的流域水文模型等成因分析法，開展對主要江河流域代表站近50 年實測及天然 地表徑流量變化的氣候與人為驅(qū)動機制研究，甑別出人類活動（如土地利用和土地覆蓋變化、修建水利工程等）和氣候自然變異（如降雨變化）對徑流的影響。 極端氣候與水文事件的變化特征 研究適合我國東部季風(fēng)區(qū)特點的氣象與水文相協(xié)調(diào)的極端事件指標(biāo)與評估方法；進行東部季風(fēng)區(qū)及主要江河流域近 50～ 100 年極端降水事件（包括干旱和強降水、暴雨）變化特征的分析；研究東部季風(fēng)區(qū)主要江河流域近 50 年洪水和極端枯水事件變化特征，以及近 100 年典型流域（淮河、長江中下游）洪水和極端枯水事件變化特征。通過設(shè)定洪水閾值和枯水閾值，統(tǒng)計每年 超過洪水閾值和低于枯水閾值的天數(shù)，將其作為極端事件變化特征要素；也可以將年最大流量和年最小日平均流量分別作為洪水、枯水極端水文事件變化特征要素；利用概率密度函數(shù)、噪音比、突變和趨勢等統(tǒng)計分析工具，重點分析長期趨勢變化和多年代變化頻率和強度的轉(zhuǎn)折特征。 我國東部季風(fēng)區(qū)主要江河流域水文 氣候數(shù)據(jù)分析 建立我國東部季風(fēng)區(qū)主要江河流域水文 氣候數(shù)據(jù)庫，并進行質(zhì)量控制、均一化處理、空間插值和圖解（ mapping），包括主要江河流域過去 50 年和未來 50年站點和格點的氣候和水文數(shù)據(jù)庫。氣候站點資料為東部季風(fēng)區(qū)國家級臺 站地面氣溫、降水、蒸發(fā)皿蒸發(fā)量日觀測記錄，約 200 站土壤水含量逐旬觀測記錄；格點資料為基于全國 2500個臺站觀測資料獲得的季風(fēng)區(qū)主要流域 176。 176。經(jīng)緯度網(wǎng)格點上的日、月平均氣溫、降水記錄。水文資料為東部季風(fēng)主要江河流域主要控制水文站的日流量觀測記錄。模式模擬資料將具有 176。 176。經(jīng)緯度網(wǎng)格分辨率，典型流域具有 176。 176。經(jīng)緯度網(wǎng)格分辨率。 經(jīng)費比例： % 承擔(dān)單位： 國家氣候中心、水利部水利信息中心 課題負責(zé)人： 羅勇 學(xué)術(shù)骨干： 劉志雨、王永光、王金星、唐國利、許紅梅、楊建青、任玉玉 、張艷武 課題 氣候變化背景下未來水文情景預(yù)估及不確定性研究 預(yù)期目標(biāo)： 依據(jù) IPCC 最新評估報告提供的多 GCMs 模式的情景信息集合，研究我國東部季風(fēng)區(qū)未來氣候變化多模式預(yù)估的不確定性；提出未來氣候變化下降水等水文預(yù)估的概率預(yù)測體系，發(fā)展多模式共識性預(yù)測的貝葉斯理論與方法，提高預(yù)測可信度；通過統(tǒng)計和動力學(xué)降尺度，應(yīng)用到區(qū)域和流域尺度水循環(huán)與水資源未來時空變化的預(yù)估， 為研究氣候變化對我國東部季風(fēng)區(qū)水循環(huán)的影響提供科學(xué)依據(jù)。 研究內(nèi)容： 未來氣候變化的情景預(yù)估是研究氣候變化對水循環(huán)水資源未來變化趨勢的重要 基礎(chǔ)。由于 IPCC AR4 的多個氣候模式預(yù)估的不確定性，如何減少未來輸入到水文模式中計算的降水等水文要素預(yù)估的不確定性，獲得可信度比較高的情景和預(yù)估范圍，以及通過適當(dāng)?shù)慕党叨燃夹g(shù)途徑，獲得高分辨率的氣候 水文解集信息是本課題重要的研究問題。 主要研究內(nèi)容包括： 1. 氣候變化多情景下水文變量概率預(yù)測的貝葉斯理論與方法 研發(fā)貝葉斯（ Bayes）統(tǒng)計理論與方法，使之能夠使用 IPCCAR4 所有可用的GCM 模型的輸出資料，來生成降水等水文變量未來變化的概率預(yù)測。重點探討貝葉斯模型加權(quán)平均（ BMA）方法，研究如何根據(jù) 模型預(yù)測值和觀測值之間統(tǒng)計的一致性來確定貝葉斯模型加權(quán)的權(quán)重。研究更為有彈性的概率預(yù)測方法，即可以分別單獨用到水文變量，例如當(dāng)前和將來的降雨或當(dāng)前和將來的溫度，也能擴展到同時包括當(dāng)前和將來降雨和溫度的概率預(yù)測的分析途徑。同時，研究和提出任意概率分布情況下的蒙特卡羅馬爾可夫鏈（ MCMC）方法，其中包括研究參數(shù)的先驗分布確定的隨機抽樣策略和計算后驗概率分布等。 2. 未來氣候變化情景下降水預(yù)估的共識性與可信度研究 研究貝葉斯理論體系上的降水等水文變量不確定性預(yù)估的共識性問題，其中包括 BMA 共識的預(yù)測和變異特性 分析，量化氣候變化情景降水等水文要素預(yù)估的不確定性，解釋相互之間的分歧，確定整體可靠性目標(biāo)求解途徑。設(shè)法充分利用 IPCC 第四次評估報告給出的豐富的未來情景數(shù)據(jù)，提高概率預(yù)估的可信度，減少水文預(yù)測的不確定性。 3. 面向陸地水文過程及流域系統(tǒng)的降尺度技術(shù)研究 開展氣候變化與水循環(huán)研究面臨的尺度問題分析。研究降水、溫度等水文氣象變量預(yù)測的動力降尺度問題與方法，分析 GCM 的系統(tǒng)誤差或偏差應(yīng)用到 RCM過程中的傳播，分析 RCM 本身的偏差以及來自 GCM 偏差的非線性相互作用；探討統(tǒng)計降尺度方法，研發(fā)統(tǒng)計 動力降尺度技術(shù)與 方法。與水文變量概率預(yù)測的貝葉斯理論方法結(jié)合，研究和分析未來氣候變化情景下當(dāng)?shù)爻叨攘饔蚪邓怕暑A(yù)測及其在水資源影響評估的應(yīng)用。獲得東部季風(fēng)聯(lián)系的八大流域未來 2050 年全國1176。 1176。網(wǎng)格（典型流域 176。 176。網(wǎng)格）的日平均氣溫和降水量估計值。 經(jīng)費比例： % 承擔(dān)單位： 北京師范大學(xué) 課題負責(zé)人： 段青云 學(xué)術(shù)骨干： 徐宗學(xué)、鄭小谷、葉愛中、彭定志、龐博 課題 陸地水文 區(qū)域氣候耦合模擬及水循環(huán)變化機理分析 預(yù)期目標(biāo)： 闡明氣候、人類活動和陸地水循環(huán)的相互作用機理，建立中國東部季風(fēng)區(qū)陸地水循環(huán)模 擬系統(tǒng)，以及考慮對氣候反饋的陸地水文 區(qū)域氣候模式，實現(xiàn)“水文 氣候”的雙向耦合模擬，甄別過去 50年氣候變化和人類活動對我國東部季風(fēng)區(qū)陸地水循環(huán)要素變化的貢獻；揭示未來 2050 年中國東部季風(fēng)區(qū)陸地降水、蒸發(fā)、徑流和可再生水資源量對氣候變化的響應(yīng)機理及時空分異規(guī)律；揭示重大調(diào)水工程水量配置對區(qū)域氣候和水循環(huán)的影響，為中國水資源脆弱性評估和適應(yīng)性對策提供科學(xué)依據(jù)。 研究內(nèi)容： 以中國東部季風(fēng)氣候區(qū)的大尺度陸地水循環(huán)系統(tǒng)為研究對象，基于氣候與水文長期臺站觀測、試驗流域觀測以及衛(wèi)星遙感信息，分析典型流域水循環(huán)過 程的動力學(xué)機制，建立大尺度陸地水循環(huán)模型，以及考慮陸地水文過程反饋的陸地水文 區(qū)域氣候模式，實現(xiàn)“水文 氣候”的雙向耦合模擬；探討氣候變化和人類活動對陸地水循環(huán)影響的分離方法；研究未來氣候均值、年際和極端事件的變化對陸地水循環(huán)的影響機理，重大調(diào)水工程對區(qū)域氣候和水循環(huán)的影響，揭示氣候變化下中國東部季風(fēng)區(qū)陸地降水、蒸發(fā)和徑流等水循環(huán)要素的時空分異特征，為中國水資源脆弱性評估和適應(yīng)性對策提供科學(xué)依據(jù)。主要研究內(nèi)容包括： 以課題承擔(dān)單位自主研發(fā)的流域水文過程模型（分布式時變增益 模型、植被界面過程模型和陸面過程模型）為基礎(chǔ)，集成地表水、地下水、地氣相互作用、農(nóng)業(yè)灌溉、跨流域調(diào)水等過程參數(shù)化方案，發(fā)展能夠刻畫中國東部季風(fēng)區(qū)主要地理、水文特征的新一代大尺度分布式陸地水循環(huán)模擬系統(tǒng)（ TERWAS） 。利用研究區(qū)域地氣通量觀測計劃數(shù)據(jù)庫、試驗流域水文觀測、中國生態(tài)網(wǎng)絡(luò)觀測，以及衛(wèi)星遙感信息，改進對陸地水文模擬系統(tǒng)關(guān)鍵過程的參數(shù)化，驗證模型的模擬精度，并分析模型的不確定性；構(gòu)建數(shù)據(jù)與模型的同化系統(tǒng)，基于中科院和氣象局的超級計算機對所開發(fā)的新一代大尺度分布式陸地水循環(huán)模擬系統(tǒng)進行大規(guī)模并行化計算 方面 的研究和實現(xiàn)，提高模擬的精度和時空分辨率。 區(qū)域氣候雙向耦合模式研究 基于研制的大尺度分布式陸地水循環(huán)模型，結(jié)合區(qū)域氣候模式，采用次網(wǎng)格的升尺度聚合以及降尺度聚解方法，研究降水、土壤濕度、蒸發(fā)、徑流等水文要素及關(guān)鍵過程在粗網(wǎng)格與細網(wǎng)格間的尺度轉(zhuǎn)換方法，實現(xiàn)陸地水文 區(qū)域氣候的雙向耦合模擬，構(gòu)建自主知識產(chǎn)權(quán)的考慮土壤水、地下水、地表水之間相互作用、以及農(nóng)業(yè)灌溉、跨流域調(diào)水對氣候反饋作用的陸地水文 區(qū)域氣候雙向耦合模式；并利用水文氣象觀測資料、重力衛(wèi)星遙感信息、野外實驗站點信息，對陸地水文區(qū) 域氣候雙向耦合模型進行驗證。 利用所構(gòu)建的陸地水文 區(qū)域氣候雙向耦合模式，對我國東部季風(fēng)區(qū)內(nèi)各流域過去 50 年水循環(huán)要素變化格局進行模擬，從物理成因上研究氣候 陸地水循環(huán)耦合強度變化的調(diào)控因子，揭示過去 50 年氣候變化下我國東部季風(fēng)區(qū)陸地水循環(huán)的響應(yīng)機理和反饋機制，甄別氣候變化和人類活動對陸地水循環(huán)要素變化的貢獻，為氣候變化下區(qū)域水資源安全影響分析提供科學(xué)依據(jù)。 采用陸地水文 區(qū)域氣候雙向耦合模式進行氣候 變化情景的動力降尺度， 給出中國東部季風(fēng)區(qū)未來 2050 年氣候變化情景；利用陸地水循環(huán)模擬系統(tǒng) ,對氣候變化情景進行訂正后，模擬未來 2050 年中國東部季風(fēng)區(qū)陸地及流域水資源分區(qū)的降水、蒸發(fā)和徑流等水文要素的時空分布格局，劃分氣候變化影響敏感區(qū)，給出不同氣候情景下我國東部區(qū)聯(lián)系流域系統(tǒng) 30 30km2的陸地水循環(huán)中的降水量、蒸發(fā)和徑流深估計值，分析未來水循環(huán)要素的演化趨勢。給出未來氣候變化下重大調(diào)水工程供水區(qū)和受水區(qū)水量平衡的變化，以及極端氣候事件下可供調(diào)水量，為氣候變化和水資源脆弱性評估提供水資源變化情 景依據(jù)。 經(jīng)費比例： % 承擔(dān)單位： 中國科學(xué)院大氣物理研究所、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 課題負責(zé)人： 謝正輝 學(xué)術(shù)骨干： 林朝暉、馬柱國、田向軍、王愛慧、楊宏偉、占車生、 秦佩華 、朱芮芮 課題 氣候變化對北方典型農(nóng)業(yè)及生態(tài)脆弱區(qū)水資源的影響 預(yù)期目標(biāo)： 開發(fā)適用于北方農(nóng)業(yè)及生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)水文過程模型，并在遙感和地理信息支撐下擴展到區(qū)域尺度；依據(jù)過去 50 多年的模擬分析，揭示我國北方典型農(nóng)業(yè)及生態(tài)脆弱區(qū)（黃淮海平原、松嫩 三江平原和黃土高原）水循環(huán)過程對氣候變化的響應(yīng)機理及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、地下水 均衡和生態(tài)環(huán)境的影響；揭示極端水文和農(nóng)業(yè)干旱的成災(zāi)機理，提出減災(zāi)和抗災(zāi)的措施，建立旱災(zāi)的農(nóng)業(yè)損失評估方法；預(yù)估未來 2050 年氣候變化下北方典型農(nóng)業(yè)及生態(tài)脆弱區(qū)水資源供給、農(nóng)作物耗水和灌溉需水的變化趨勢，揭示農(nóng)業(yè)干旱頻率和強度的變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食安全和生態(tài)環(huán)境的影響機理，評估氣候變化對研究區(qū)水資源安全、糧食安全和生態(tài)安全的效應(yīng)。研究成果為北方農(nóng)業(yè)及生態(tài)脆弱區(qū)水資源保障、農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。 研究內(nèi)容： 以我國北方華北的黃淮海平原、東北的松嫩 三江平原及黃土高原生態(tài)脆弱區(qū)為研究區(qū)，研究氣候 變化背景下區(qū)域水循環(huán)的響應(yīng)機理、干旱導(dǎo)致的缺水以及水資源變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食安全和生態(tài)環(huán)境的影響。通過田間 /野外和小流域生態(tài)水文試驗、遙感信息反演，建立耦合主要農(nóng)作物生長過程、土壤 植被 大氣系統(tǒng)水分能量傳輸、土壤水 地下水交換和人工側(cè)支水循環(huán)等過程的區(qū)域生態(tài)水文模型。通過對過去 50多年黃淮海平原、松嫩 三江平原、黃土高原水循環(huán)過程及水資源變化的模擬分析，識別氣候變化對研究區(qū)水文過程、農(nóng)作物及生態(tài)環(huán)境需水、水資源安全的影響機制。研究和評價氣候變化與區(qū)域極端干旱事件的關(guān)系，預(yù)估未來 2050 年氣候變化情景下 研究區(qū)農(nóng)作物需水、水資源、干旱強度和頻率的變化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。基于水土平衡，分析黃淮海、松嫩平原糧食生產(chǎn)安全的水資源保障機制，為區(qū)域水資源調(diào)配、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和生態(tài)環(huán)境保護提供科學(xué)依據(jù)。主要研究內(nèi)容包括： 1. 北方農(nóng)業(yè)及生態(tài)脆弱區(qū)水資源的時空格局和演變規(guī)律 基于研究區(qū)內(nèi)中國生態(tài)研究網(wǎng)絡(luò)試驗站（禹城站、欒城站、三江站、海倫站）和典型試驗流域，開展主要作物和植被類型的生態(tài)和水文過程試驗觀測，結(jié)合長時間序列的歷史觀測數(shù)據(jù)，研究主要農(nóng)作物和植被類型的需水規(guī)律和關(guān)鍵參數(shù)，分析生態(tài)水文關(guān)鍵過程對氣候變化的響應(yīng)機理。 在已建立的植被界面過程模型（ VIP）的基礎(chǔ)上， 研制主要農(nóng)作物生長和產(chǎn)量形成過程、降水 地表水 土壤水 地下水