【正文】 依托 全國東部季風區(qū)水文 氣象觀測站網(wǎng)、 中國科學院 CERN 和 水循環(huán) 試驗流域，開展陸地水循環(huán)相關過程的觀測，并進行加強期觀測。 陸 地 水 文 氣 候 雙 向 耦 合數(shù)理統(tǒng)計過 去 5 0 年 水 資源 變 化 事 實全國水文站網(wǎng)試驗方法物理模型CERN觀測網(wǎng)全國氣象站網(wǎng)過 去 分 析貝葉斯估計氣 候 變 化 情景 與 水 文 預估 不 確 定 性統(tǒng)計降尺度蒙特卡羅法未來情景預估情景不確定性模式不確定性未 來 預 估氣 候 變 化 影 響 下 水 循 環(huán)區(qū) 域 響 應 與 變 化 歸 因氣 候 自 然 變 異人 為 氣 候 變 化機理分析陸 氣 模 式綜 合 對比 分 析氣 候 變 化 影 響 下 水 資 源 的 脆 弱 性 與 適 應 對 策南 方 洪 澇 災 害 高 風 險 區(qū)北 方 農(nóng) 業(yè) 及 生 態(tài) 脆 弱 區(qū)實 際 觀 測陸地水循環(huán)系統(tǒng)典型區(qū)域脆 弱 性 分 析區(qū)域水循環(huán)模型適 應 性 分 析 風 險 評 估需水耗水影響氣 候 陸 面 水 文過 程 模 式陸面模式水文模式氣候模式洪水模型極 端事 件風 險分 析尺度聚合尺度聚解全國對策極 端事 件頻 率分 析脆 弱 性適 應 性生態(tài)安全與驅動水沙影響分析 圖 2 項目研究的技術路線 主要技術途徑與思路概述如下： （ 1） 陸地水循環(huán)要素時空變異的檢測： 以 東部季風區(qū) 主要江河流域過去多年觀測的降水、徑流、蒸發(fā)和土壤濕度等水循環(huán)要素為對象， 依據(jù)中國氣象局國家氣候中心和水利部水利信息中心以及中國科學院在全國尺度掌握的 12020 多個長期氣象、水文以及實驗和歷史調(diào)查等觀測資料， 采用 水文序列統(tǒng)計分析、非線性擾動模型方法（ NLPM） 、 小波分析、信噪比、周期分析、趨勢分析、突變分析等方法， 開展我國 東部季風區(qū) 陸地水循環(huán)格局和水資源情勢的時空演變規(guī)律和變化過程的診斷和 檢測研究。 通過 我國季風區(qū)聯(lián)系的流域水循環(huán)要素的長期觀測、未來氣候變化下降水等水文 要素預估以及陸地水文 區(qū)域 氣候雙向耦合 模式的建立 與水循環(huán)要素（降水、蒸發(fā)、土壤水、地表水以及地下水）模擬分析，深入研究氣候變化與水文水資源變化的關系， 揭示氣候變化下我國 東部季風區(qū)陸地 水循環(huán)格局變化的驅動機理，認識氣候變化下我國北方 和 南方 典型區(qū)域 的水 資源 安全問題，建立氣候變化下水資源脆弱性評估指標體系和方法，綜合評估氣候變化下我國及重點區(qū)域水資源脆弱性及時空變化特征，提出應對氣候變化水資源適應性管理與對策，為保障我國水安全及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。 陸地水文 區(qū)域氣候相互作用與反饋機理 。 發(fā)表學術論文 200篇以上，其中 SCI 等重要刊物上發(fā)表 80 篇以上， 完成 學術 專著 46 部。 （ 4）人才與隊伍建設目標 通過本項目實施， 凝聚一支科技創(chuàng)新團隊， 包括培養(yǎng)一批優(yōu)秀青年人才（杰青 或百人計劃 34 名 ）， 博士后 （ 1012 人 ）和 博士 及碩士 生 （ 4550 人 ） ； 躋身氣候變化與水科學研究領域的國際前列 ，其中項目首席及骨干在國際水資源、全球水系統(tǒng)等重要組織或計劃中，占有重要地位 。 （ 3）科技條件目標 ? 通過本項目的實施，可促進我國氣候變化與水文學研究的緊密結合，促進氣候和水文觀測資料的融合 與集成 ，提高氣候水文綜合與交叉研究 的水平。 定量評估氣候變化背景下我國 水旱災害發(fā)生的頻率和強度，氣候變化對南方典型洪澇災害高風險區(qū)防洪安全的影響評估， 提出氣候水文極端事件風險管理和應對措施。 （ 2）國家需求目標 揭示 我國季風區(qū) 陸地水循環(huán)和 “南澇北旱”水資源時空格局變化的 趨勢和驅動機制，定量評估未來氣候變化對我國 季風區(qū)的 水資源時空 分布 格局產(chǎn)生的影響 以及對南水北調(diào)重大調(diào)水工程的影響 。 ? 提出氣候變化影響下水資源脆弱性的定量評估指標體系，科學地分析和判斷未來不同氣候 變化情景對我國水資源時空格局的影響、旱澇災害極端事件發(fā)生頻率與強度的變化、水資源敏感地區(qū)的社會經(jīng)濟影響后果與風險。 五年預期目標 （ 1）科學目標 ? 通過對 東部季風區(qū)聯(lián)系的我國主要大江大河流域長期觀測 的降水、蒸發(fā)和徑流等水循環(huán)要素變化的事 實分析與檢測、未來情景變化多模式降水預估的不確定性研究，揭示氣候變化和人類活動影響下水資源時空演變格局和變化趨勢，為認識 我 國 季風區(qū) 陸地水循環(huán)對氣候變化 的 響應 機理 奠定理論基礎。 氣候變 化 影響下陸地 水循環(huán) 的時空變異與區(qū)域響應及其對水資源安全影響與 適應對策研究，是一個典型的跨氣候學、地理學和水文學的多學科多領域的交叉科學問題。針對影響與后果， 開展 應對 氣候變化影響的 水資源 可持續(xù)利用與管理的適應 對策 研究 。 揭示氣候變化 對我 國 南、北方典型 水問題的影響機理，提出 對水資源脆弱地區(qū) 影響 的 后果。研究動力 統(tǒng)計降 尺度方法，通過水文 氣候雙向耦合模型，甄別氣候 自然 變 率 和 人為氣候強迫 對陸地水循環(huán)要素變化的貢獻，揭示 我國 陸地降水、蒸發(fā)、徑流對氣候變化的響應機理及時空分異規(guī)律。 （ 2） 氣候變化 影響 下水循環(huán) 區(qū)域 響應 與變化 歸因 將 中國 自然地理分區(qū)的東部季風區(qū)與流域（水資源一級分區(qū)）結合，以 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，深入開展 以季風區(qū)為重點范圍的大尺度 水循環(huán)過程對 全球 氣候變 化的響應機理及其區(qū)域分異規(guī)律的研究。通過 該 途徑，可使用 IPCC AR4所有可用模型的輸出資料，來生成 降水等水文 變量的概率預估。未來氣候變化的情景預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。 （ 1） 過去水循環(huán)要素演變規(guī)律與未來情景預估 以氣候變化背景下 我國季風區(qū) 陸地水循環(huán)要素（降水、溫度、蒸發(fā)、土壤水分、徑流和地下水） 時空演變特征為研究對象，利用長期觀測的 氣象和水文資料，開展水循環(huán)格局 及 水資源情勢時 空 變異 的診斷 ，即過去怎么變問題的 研究。由于未來氣候變化不確定性的風險問題，如何在氣候變化不 確定性條件下分析和評估氣候變化對水資源供需關系發(fā)生不利影響和 水文極端事件風險的程度？如何趨利避害、加強適應性管理和風險對策， 通過適應方式和適應能力的分析研究，盡可能地降低氣候變化帶來的不利影響，最大化地利用氣候變化 所帶來的機遇，促進變化環(huán)境下區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，成為氣候變化對水資源安全影響研究關鍵的科學問題。 （ 3） 氣候變化影響下水資源的脆弱性與 可持續(xù) 性 氣候變化既是環(huán)境問題 ,也是發(fā)展問題，但歸根到底是發(fā)展問題（中國應對氣 候變化國家方案， 2020）。 （ 2） 陸地水文 區(qū)域氣候相互作用與反饋機理 長期以來，由于氣候 水文過程的復雜性和尺度問題，氣候變化 影響下 陸地水循環(huán) 響應 和 氣候變化對 水 資源影響 的研究，主要采取的是“大氣環(huán)流 變化 ?區(qū)域降水變化 ?陸地 /流域 水文變化 ” 單 一方向的聯(lián)系途徑， 缺少圈層之間水文 與氣候相互作用機理 研究 ，導致對氣候變化條件下的陸地水循環(huán)響應機理認識的不足。從觀測數(shù)據(jù)入手 ,正確認識已經(jīng)發(fā)生的自然變率和人類活動 的影響 ,以及它們?nèi)绾卧诓煌臅r間、空間尺度上影響水文過程 ,這不僅為認識氣候變化 下 水文循環(huán) 響應 機理提供事實基礎 ,也可為正確地預 估未來提供事實依據(jù)。 項目名稱： 氣候變化對我國東部季風區(qū)陸地水循環(huán)與水資源安全的影響及適應對策 首席科學家： 夏軍 中國科學院地理科學與資源研究所 起止年限： 2020 年 1 月 2020 年 8 月 依托部門： 中國科學院 中國氣象局 一、研究內(nèi)容 擬解決的關鍵科學問題 （ 1） 氣候變化 影響 下水循環(huán)要素 時空變異 與不確定性 氣候變化對季風區(qū)陸地水循環(huán)及水資源的影響具有復雜性和不確定性。在 已經(jīng)發(fā)生和觀測到降水、蒸發(fā)和 徑流等水文序列過程及其空間分布的變化中，既有自然變率 的影響，又有 人類活動包括溫室氣體排放和下墊面變化 的影響。因此，如何甄別氣候變化影響下 我國 陸地 水循環(huán)要素 時空變異 、分析和減少未來預估的不確定性，是研究氣候變化對水資源安全影響 ，回答過去怎么變和未來怎么變， 最重要的關鍵科學問題之一。由于流域水循環(huán) 包括 陸面過程和 下墊面人類活動，對區(qū)域氣候變化有重要的作用，陸地水文 與 區(qū)域氣候的聯(lián)系與反饋及建立“水文 氣候”雙向耦合模型，是認識氣候變化下陸地水循環(huán)響應機理，回答變化機理既歸因分析的核心 問題。 未來氣候變化極有可能 對 我國水資源宏觀配置的體系，包括對南水北調(diào)重大調(diào)水工程 產(chǎn)生顯著的影響；增加 我國水旱災害發(fā)生的頻率與強度，降低現(xiàn)有的防洪安全標準和水安全體系，加大水資源脆弱性，影響我國農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟社會發(fā)展和水生態(tài)安全。 主要研究內(nèi)容 圍繞關鍵科學問題，選擇對我國水資源安全有重要意義的 東部季風區(qū) 陸地水文時空分布和變化、 南北方 典型的水資源問題為切入點，分別從 檢測與預估、響應與歸因、影響與后果、適應與對策四個層面開展工作 。揭示我國 季風區(qū) 陸地水循環(huán)要素 及 水資源格局 變化 的主要控制因素及演化趨勢，辨識氣候自然變化與人為強迫對水循環(huán)格局影響的貢獻，為發(fā)展新一代分布式陸地水循環(huán)模擬系統(tǒng)和區(qū)域水文 氣候雙向耦合模型 、 研究 我 國水資源脆弱性與適應對策提供基礎科學信息。針對 IPCC AR4的多個氣候動力學模式預估信息量豐富但是不確定性范圍大的特點，將研究 如何基于 貝葉斯（ Bayes）定理 構建未來 氣候變化 影響預估及其 不確定性的定量化方法 ，回答未來如何變的問題 。進 一步 通過降尺度方法，將未來氣候變化情景分解到 我國季風區(qū)陸地及 流域尺度水文情景的預估，為研究全球氣候變化對區(qū)域水資源的影響提供新工具和新的數(shù)據(jù)集。建立大尺度陸地水循環(huán)模式， 通過 與區(qū)域氣候模式 陸面模式嵌套，實現(xiàn)“水文 氣候”雙向耦合。 （ 3） 氣候變化對 南、北方 典型水資源問題的影響研究 選擇我國 東部季風區(qū) 氣候變化敏感性高的典型 地 區(qū) (北方 農(nóng)業(yè) 及生態(tài)脆弱區(qū)、南方洪澇災害高風險區(qū) )水問題，重點研究氣候變化與水資源安全問題，包括：氣候變化對黃淮海平原區(qū) 和東北松嫩 三江平原區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水與作物需水的影響，氣候變化與農(nóng)業(yè)干旱關系及其對水資源的影響與后果；氣候變化下我國淮河和珠江流域的極端洪澇水文事件發(fā)生規(guī)律及演變趨勢； 氣候變化下黃土高原地區(qū)水保措施與土地利用方式對水循環(huán)水資源及水沙耦合關系的影響，我國典型生態(tài)脆弱區(qū)不同氣候帶和不同地貌類型區(qū)的流域生態(tài)水文過程差異規(guī)律及其演化機理。 （ 4） 氣候變化 影響 下水資源的脆弱性和適應對策 在氣候變化 與 水循環(huán) 時空變異 機理 研究以及南、北方典型水資 源問題影響研究的 基礎上，結合我國 區(qū)域 經(jīng)濟社會發(fā)展對水資源需求分析 、國家層面水資源配置以及水資源安全保障戰(zhàn)略問題的重大需求 ，研究不同氣候變化情景下水資源 脆弱性理論與方法，分區(qū)評價水資源脆弱性及其閾值，科學評估未來氣候變化對水資源脆弱地區(qū)供需關系的影響、氣候變化可能加劇季風區(qū)水文極端事件的程度，以及 氣候變化對 我國 重大調(diào)水工程的影響 。 二、預期目標 本項目的 總體目標 本項目以增強應對氣候變化對我國水資源安全影響與適應性對策的基礎科學支 持 能力為總目標， 通過氣候 變化 背景 下過去 50 年 及更長時間的 我國 東部季風區(qū)聯(lián)系的流域 水循環(huán)要素觀測的事實分析 與陸地 水循環(huán)演變機理與規(guī)律的揭示，為 科學應對氣候變化 和我國 水 資源 安全保障 奠定科學基礎；通過氣候變化情景多模式不確定性分析的貝葉斯體系的構建，發(fā)展未來氣候變化對 水資源影響的概率預測與風險評估的方法；通過對水文與氣候相互作用機理的研究，發(fā)展變化環(huán)境下“水文 氣候雙向耦合”模擬技術； 通過氣候變化背景下水資源脆弱性評價理論與方法的提出，形成 應對氣候變化對我國水資源安全影響與適應對策 的 科學基礎支撐體系 。通過本項目的研究，提升我國水文水資源和氣候變化交叉 領域的研究能力和水平，凝聚和造就一支 多學科、跨部門、高水平的水循環(huán) 、 水資源和氣候變化影響研究隊伍，吸引和培養(yǎng)一批從事氣候變化與 水文 水資源交叉研究的青年科技人才，使我國在此領域的研究進入國際先進行列。 ? 科學認識 我 國 季風區(qū) 陸地水循環(huán)及水資源變化的空間分異性、區(qū)域 流域尺度特征和水循環(huán)水資源變化的關系 ，建立多尺度、多過程、多要素水循環(huán)變化與響應 “陸地水文 區(qū)域氣候” 雙向耦合模型，為評估 人為 氣候 強迫 、自然變異和人類活動對水循環(huán)影響的量級和機制創(chuàng)建科學評估 工具。建立氣候變化影響下的水資源 脆弱性及其 閾值和適應性 管理的風險評估方法，為應對氣候變化影響的適應性國家戰(zhàn)略與對策， 提供