【正文】 科學(xué)依據(jù)。 提出氣候變化對(duì)水資源供需態(tài)勢影響，包括氣候變化對(duì) 我國 北方糧食主產(chǎn)區(qū)水資源的供需關(guān) 系的影響以及典型生態(tài)脆弱區(qū)的水生態(tài)環(huán)境效應(yīng)與對(duì)策措施 。 完成未來 2050 年氣候變化背景下我國主要江河流域水資源脆弱性的評(píng)估，提出應(yīng)對(duì)氣候變化 的適應(yīng) 性管理與對(duì)策 措施 ， 為 區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的水資源 安全保障提供 科學(xué)依據(jù)。 ? 本項(xiàng)目將建設(shè) 我國東部季風(fēng)區(qū) 陸地 及流域 水循環(huán)模擬系統(tǒng)，為水循環(huán)水資源變化的模擬與預(yù)測提供平臺(tái)，提高我國在 水循環(huán) 水資源 安全 研究領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。 （ 5）具體研究成果目標(biāo) 提交 國家重要咨詢報(bào)告 （ 510 份）和專項(xiàng)報(bào)告的項(xiàng)目 成果，在 全國 流域水資源規(guī)劃、流域防洪規(guī)劃 以及 重大調(diào)水工程管理得到 實(shí)際 應(yīng)用 。 三、研究方案 學(xué)術(shù)思路 面向國家和區(qū)域水資源安全研究的關(guān)鍵科學(xué)問題，以我國東部季風(fēng)區(qū)陸地水循環(huán)系統(tǒng)（即與季風(fēng)區(qū)相聯(lián)系松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長江、東南諸河、珠江八大流域系統(tǒng)組成）及其相關(guān)的南、北方重點(diǎn)區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，充分利用研究團(tuán)隊(duì)在掌握全國水文氣象長序列觀測資料、實(shí)驗(yàn)臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)和長期科學(xué)研究的基礎(chǔ)與優(yōu)勢，擬從 3 個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題（氣候變化 影響下水循環(huán)要素時(shí)空變異與不確定性 。 氣候變化影響下水資源脆弱性與可持續(xù)性）、 4 個(gè)研究層次（檢測與預(yù)估、響應(yīng)與歸因、影響與后果、適應(yīng)與對(duì)策）、 6 個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容（過去 50 年陸地水循環(huán)要素的變化規(guī)律甄別，未來氣候情景與水文變化預(yù)估，陸地水文 區(qū)域氣候的作用與反饋模型，氣候變化對(duì)我國南方和北方典型區(qū)域水資源的影響，氣候變化影響下水資源的脆弱性與適應(yīng)對(duì)策）開展科學(xué)研究 ，實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目的科學(xué)目標(biāo)和國家目標(biāo)（圖 1） 。 氣候變化 陸地水循環(huán) 水資源關(guān)系氣候變化 分析檢測 人類活動(dòng)演變趨勢 水循環(huán)要素 情景預(yù)估與不確定性南方洪澇災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)北方農(nóng)業(yè)及生態(tài)脆弱區(qū)驅(qū)動(dòng)機(jī)制時(shí)空格局水循環(huán)過程檢測與預(yù)估水資源脆弱性與適應(yīng)性對(duì)策響應(yīng)與歸因影響與后果適應(yīng)與對(duì)策水資源供需 水資源安全 重大調(diào)水工程氣候變化對(duì)典型區(qū)域水資源安全的影響陸地水文 區(qū)域氣候雙向耦合模型 圖 1 項(xiàng)目學(xué)術(shù)思想 技術(shù) 途徑 項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù) 路線如圖 2。 （ 2）水文變化預(yù)估不確定性 研究：針對(duì) 未來氣候情景 尤其是降水預(yù)測不確定性突出的問題，開展多氣候模式數(shù)據(jù)信息源的貝葉斯 理論研究，并 通過降 尺度方法，獲得中國 東部季風(fēng)區(qū) 和流域尺度水文情景的 預(yù)測 。收集我國大型地氣通量觀測計(jì)劃數(shù)據(jù)，包括GAME,HEIHE,IMGRASS 等試驗(yàn)等，應(yīng)用現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)方法，分析氣候變化下水循環(huán)特征的變化機(jī)理。 利用中國區(qū)域氣候與水文長期臺(tái)站觀測、試驗(yàn)流域觀測，以及衛(wèi)星遙感信息，對(duì) 我國東部季風(fēng)區(qū) 陸地水文模擬系統(tǒng)的關(guān)鍵過程和參數(shù)率定、模擬驗(yàn)證和不確定性分析 ， 為陸地水循環(huán)對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)理研究提供模型基礎(chǔ)。 將以上建立的陸地水文循環(huán)模擬系統(tǒng)（ TERWAS），耦合到區(qū)域氣候模式（ RCMs）中，利用次網(wǎng)格的升尺度聚合（ upscaling）以及降尺度聚解（ downscaling）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(xì)網(wǎng)格間的尺度轉(zhuǎn)換方法，實(shí)現(xiàn)區(qū)域氣候 陸面過程 水循環(huán)的雙向耦合模擬；探索人為氣候強(qiáng)迫、自然氣候變率和人類活動(dòng)對(duì)陸地水循環(huán)要素變化影響的分離方法，確定氣候變化下流域水循環(huán)變化中各 因子的貢獻(xiàn)。 （ 5） 氣候變化對(duì) 我國 南方和北方典型水資源安全的影響研究： 利用水文氣象觀測與區(qū)域氣候 陸面水文雙向耦合模式等成果，針對(duì)中國南方和北方氣候敏感區(qū)的農(nóng)業(yè)及生態(tài)脆弱區(qū)的水資源影響、南方淮河和珠江三角洲洪澇高發(fā)區(qū)防洪安全問題，重點(diǎn)分析氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)水資源安 全、極端旱澇災(zāi)害事件、水生態(tài)安全的影響與后果。水資源脆弱性是氣候變化對(duì)水資源影響的敏感性和水資源系統(tǒng)可恢復(fù)性（水資源供需或承載能力）的函數(shù)。重點(diǎn)開展氣候變化下水資源供需 耦合系統(tǒng)的響應(yīng) 、水旱災(zāi)害影響及重大調(diào)水工程的影響 的 分析 。評(píng)估氣候變化的影響和適應(yīng)性對(duì)策，它能夠分析 氣候變化 對(duì)水資源 的影響 程度與后果 ，闡述 應(yīng)對(duì)氣候變化 的適應(yīng)性措施 與對(duì)策。 本項(xiàng)目從 我 國 東部季風(fēng)區(qū) 陸地和流域 不同尺度層面以及它們相互的聯(lián)系，對(duì)氣候變化影響下的水循環(huán)變異機(jī)理、 驅(qū)動(dòng)機(jī)制 、預(yù)測的不確定性以及水資源脆弱性 與 適應(yīng)性對(duì)策開展系統(tǒng)研究。該研究對(duì)正確預(yù)估未來變化、保障水資源安全的科學(xué)決策起到至關(guān)重要的作用。 （ 3）發(fā)展我國新一代大尺度分布式陸地水循環(huán)模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)陸 氣雙向耦合，為揭示氣候變化、人類活動(dòng)、水文循環(huán)相互作用機(jī)理，提供一種新的途徑。 項(xiàng)目咨詢專家組 項(xiàng)目的實(shí)施除了項(xiàng)目專家組之外，成立項(xiàng)目咨詢專家組， 每年數(shù)次 對(duì)項(xiàng)目實(shí)施 過程的 方向 （科學(xué)問題與國家需求） 把關(guān) ，提出戰(zhàn)略方面的意見與建議。本項(xiàng)目面向國家水資源安全，圍繞水循環(huán)要素響應(yīng)氣候變化的理論與方法，基于水文站長期觀測與實(shí)驗(yàn)，綜合運(yùn)用遙感與模型模擬方法，深入研究氣候變化、陸地與水系統(tǒng)的關(guān)系，揭示氣候因素的驅(qū)動(dòng)機(jī)理，認(rèn)識(shí)流域尺度和模型尺度的轉(zhuǎn)換方法，綜合評(píng)估我國 區(qū)域 水資源要素的時(shí)空變化特征。 （ 2） 具有很好的研究基礎(chǔ) 。 這些研究工作為本項(xiàng)目的實(shí)施奠定了 堅(jiān)實(shí)的 基礎(chǔ)。 本項(xiàng)目基于中國氣象局和水利部 以及中國科學(xué)院長序列全國范圍江河流域的 臺(tái)站資料。 項(xiàng)目承擔(dān)單位 擁 有和本項(xiàng)目有關(guān)的 4 個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和 4個(gè)省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，具有良好的實(shí)驗(yàn)條件和儀器設(shè)備 ，為本項(xiàng)目順利實(shí)施提供了 有力 保障。 本項(xiàng)目承擔(dān)單位有中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、大氣物理研究所、東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、中國氣象局 國家氣候中心、 水利部水利信息中心、水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院和北京師范大學(xué)，均是我國長期從事水文學(xué)、氣候變化、遙感技術(shù)與應(yīng)用及陸面過程研究的重要科研機(jī)構(gòu)，取得了 大量 的研究成果，積累了豐富的數(shù)據(jù)，在國內(nèi)處于引領(lǐng)地位。 課題設(shè)置 各課題間相互關(guān)系 圍繞要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題、研究重點(diǎn)和預(yù)期目標(biāo)，本項(xiàng)目設(shè)置 6 個(gè)研究課題。 研究內(nèi)容： 本課題以全球氣候變化背景下我國東部季風(fēng)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(shí)空演變特征為研究對(duì)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(shí)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(shí)氣候變化和人為活動(dòng)因素對(duì)陸地水循環(huán)格局和水資源情勢影響的相對(duì)貢獻(xiàn)，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(shí)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(duì)策提供基礎(chǔ)科學(xué)信息。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(qiáng)度指數(shù)以及時(shí)間序列的突變、周期和趨勢統(tǒng)計(jì)分析以及大尺度水汽收支診斷分析和非線性 動(dòng)力學(xué)分析方法 等工具，重點(diǎn)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(shí)空規(guī)律，特別是長期趨勢變化和年代際、周期變化規(guī)律。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(xiàng)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(duì)地表徑流和水資源量進(jìn)行還原分析；利用時(shí)間序列突變、周期和趨勢統(tǒng)計(jì)分析工具，重點(diǎn)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(duì)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。 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(diǎn)的氣象與水文相協(xié)調(diào)的極端事件指標(biāo)與評(píng)估方法；進(jìn)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(qiáng)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。 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(jìn)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(diǎn)和格點(diǎn)的氣候和水文數(shù)據(jù)庫。 176。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。 176。 176。 經(jīng)費(fèi)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(fù)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(píng)估報(bào)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(shí)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(jì)和動(dòng)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(shí)空變化的預(yù)估， 為研究氣候變化對(duì)我國東部季風(fēng)區(qū)水循環(huán)的影響提供科學(xué)依據(jù)。由于 IPCC AR4 的多個(gè)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(jì)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。重點(diǎn)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(jì)的一致性來確定貝葉斯模型加權(quán)的權(quán)重。同時(shí)，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(yàn)分布確定的隨機(jī)抽樣策略和計(jì)算后驗(yàn)概率分布等。設(shè)法充分利用 IPCC 第四次評(píng)估報(bào)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。研究降水、溫度等水文氣象變量預(yù)測的動(dòng)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(jì)降尺度方法，研發(fā)統(tǒng)計(jì) 動(dòng)力降尺度技術(shù)與 方法。獲得東部季風(fēng)聯(lián)系的八大流域未來 2050 年全國1176。網(wǎng)格（典型流域 176。網(wǎng)格）的日平均氣溫和降水量估計(jì)值。 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(duì)象，基于氣候與水文長期臺(tái)站觀測、試驗(yàn)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(dòng)力學(xué)機(jī)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(shí)現(xiàn)“水文 氣候”的雙向耦合模擬；探討氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)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(duì)陸地水循環(huán)的影響機(jī)理，重大調(diào)水工程對(duì)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(shí)空分異特征，為中國水資源脆弱性評(píng)估和適應(yīng)性對(duì)策提供科學(xué)依據(jù)。利用研究區(qū)域地氣通量觀測計(jì)劃數(shù)據(jù)庫、試驗(yàn)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(jìn)對(duì)陸地水文模擬系統(tǒng)關(guān)鍵過程的參數(shù)化，驗(yàn)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(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)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(jìn)行大規(guī)模并行化計(jì)算 方面 的研究和實(shí)現(xiàn)，提高模擬的精度和時(shí)空分辨率。 利用所構(gòu)建的陸地水文 區(qū)域氣候雙向耦合模式，對(duì)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(jìn)行模擬，從物理成因上研究氣候 陸地水循環(huán)耦合強(qiáng)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(jī)理和反饋機(jī)制，甄別氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)陸地水循環(huán)要素變化的貢獻(xiàn)，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)。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(píng)估提供水資源變化情 景依據(jù)。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)。通過田間 /野外和小流域生態(tài)水文試驗(yàn)、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。研究和評(píng)價(jià)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(qiáng)度和頻率的變化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。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(shí)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(yàn)站（禹城站、欒城站、三江站、海倫站）和典型試驗(yàn)流域，開展主要作物和植被類型的生態(tài)和水文過程試驗(yàn)觀測，結(jié)合長時(shí)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(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)理。并針對(duì)不同地區(qū)、作物類型分析模型的適用性和不確定性，確定模型的關(guān)鍵參數(shù)。 研究 百年尺度上東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度演化與 黃河中游地區(qū)（黃土高原）徑流時(shí)空變化規(guī)律，分析水資源時(shí)空演變與氣候要素之間的非線性關(guān)系，揭示 東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度變化對(duì)黃河中游降水量、天然徑流量和徑流可再生性及人類用水行為的影響。 2. 未來氣候變化對(duì)北方農(nóng)業(yè)和生態(tài)脆弱區(qū)水資源供需影響的預(yù)測和評(píng)估 基于多個(gè) IPCC 未來氣候變化情景，利用流域生態(tài)水