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气候变化对黄淮海地区水循环的影响机理和水资源安全评估一、项目基本信息项目名称：气候变化对黄淮海地区水循环的影响机理和水资源安全评估项目编号：2010CB951100起止年月：2010年6月至2014年12月依托部门：水利部第一承担单位：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院课题设置：课题编号课题名称课题负责人单位2010CB951101气候变化对区域水循环的影响机理研究余钟波河海大学①中国科学院大气物理研究所2010CB95110气候变化对旱涝灾害的影响及风险评估严登华中国水利水电科学研究院2①河海大学2010CB951103气候变化对区域水资源影响评估及不确定性分析张建云水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院①水利部水利信息中心2010CB951104气候变化背景下水资源安全评估和适应对策研究夏星辉北京师范大学①南京水利科学研究院二、研究内容（一）拟解决的关键科学问题当前，在气候变化对水影响的研究领域，国内外学术界普遍关注三个热点问题：一是气候变化如何影响水循环要素及其过程；二是气候变化与旱涝灾害发生频率和强度的关系；三是如何定量区分气候变化和人类活动对区域水资源的影响。上述问题也是国内外该研究领域的重大科学前沿问题。结合国家水资源安全保障和应对气候变化的重大需求，本项目拟解决的关键科学问题包括：①气候变化对水循环的影响机理；②气候变化对旱涝灾害的驱动机制；③气候变化对区域水资源的影响归因。1．气候变化对水循环的影响机理气候作为人类赖以生存的自然环境的重要组成部分，它的任何变化都会对自然生态系统以及经济社会产生不可忽视的影响。全球变暖将增加大气的持水能力，加快水循环过程；气候变化将改变全球水循环现状，影响到降水、蒸发、径流、土壤湿度、地下水等水循环要素的时空分布及动力耦合机制。研究气候变化对水循环的影响，发展基于水循环要素动力耦合过程的理论方法，揭示气候变化对我国重点区域水循环关键过程及其时空变化的影响机制、程度和趋势，是保障我国水资源安全的重大科学问题。2．气候变化对旱涝灾害的驱动机制在全球气候变化的背景下，极端气候事件有增多增强趋势。同时，伴随着我国大规模经济社会活动的持续增强，高密度水利工程群、城市群和大范围农业建设，形成了复杂的人类活动影响链，加剧了灾变过程预测和防治的复杂性，增加了防洪工程在原有设计标准下的灾害风险。分析水循环过程变化与旱涝灾害发生频率和强度的关系、旱涝灾害变化趋势，研究气候变化对旱涝灾害的驱动机制，开展旱涝灾害风险评估，降低旱涝灾害对自然和社会的影响，是满足国家防灾减灾重大需求的基础。3．气候变化对区域水资源的影响归因区域水资源变化是气候变化和人类活动（土地利用、水利工程、经济社会发展）共同影响的结果。气候变化改变陆面-大气之间的水分、能量交换及传输过程，影响流域的水文过程和区域水资源分布格局；土地利用和水利工程改变下垫面特征，影响区域水资源的时空分布；经济社会发展改变用水需求和结构，影响水资源的供需平衡。科学区分气候变化和人类活动对水资源的影响，是目前国际上全球气候变化研究中的难点。（二）主要研究内容围绕三大关键科学问题，选择旱涝问题严重、水资源供需矛盾突出的黄淮海地区为研究对象，探索气候变化对水循环要素和过程影响机理，分析气候变化对旱涝灾害的驱动机制，评估未来气候变化下的旱涝灾害风险和区域水资源安全，提出水资源应对气候变化的适应对策。面向国家水资源安全保障的重大需求，拟开展以下四方面的主要研究内容：①变化规律与影响机理；②评价方法与技术；③影响评价与预测；④适应策略与措施。每项主要研究内容分述如下：1．变化规律与影响机理（1）水汽通量、降水、蒸散发、径流等水循环要素变化规律；（2）气候变化对水循环过程的影响机理；（3）旱涝灾害时空变化规律；（4）气候变化对旱涝灾害的驱动机制；（5）区域水资源时空变化规律；（6）气候变化和人类活动对水资源的影响归因；（7）气候变化对农业、工业、生活、生态等需水的影响机理。2．评价方法与技术（1）陆面模式-水文模型耦合技术；（2）基于空间信息平台的多尺度气候变化对水资源影响评价模型；（3）气候变化和人类活动对水资源影响的识别方法；（4）考虑气候变化影响的需水预测模型；（5）旱涝灾害风险评估方法；（6）水资源脆弱性评价指标体系与水资源安全评价方法。3．影响评价与预测（1）气候变化对旱涝灾害发生频率和强度的影响评价；（2）未来气候变化情景下旱涝灾害的风险评估；（3）气候变化和人类活动对区域水资源的影响评价；（4）未来气候变化情景下区域水资源安全及不确定性分析。4．适应策略与措施（1）基于风险管理的水资源适应策略。（2）旱涝灾害应对措施。三、预期目标（一）总体目标本项目以加强气候变化对水资源安全影响研究和提高我国应对气候变化适应能力的基础科学支撑为总目标，围绕气候变化对水循环的影响机理、气候变化对旱涝灾害的驱动机制、气候变化对区域水资源的影响归因三大关键科学问题，在理论层面揭示气候变化背景下流域水循环要素的时空变化和响应机理以及旱涝灾害变化规律，创新水循环基础理论；在方法层面提出气候变化和人类活动对区域水文过程影响的定量识别方法、构建多尺度的气候变化源影响评价模型、发展旱涝灾害风险评估方法，创新流域水文模拟技术与水资源影响评价方法；在应用基础层面提出基于风险管理的水资源适应策略和旱涝灾害的应对措施，满足国家水资源安全保障和应对气候变化的重大需求。通过项目的实施，建设一支具有国际先进水平和创新能力的水文水资源及相关交叉学科的科研队伍；建立一个集野外观测和科学实验、理论研究和生产应用于一体的水文水资源科研条件平台；提高我国在气候变化对水循环和水资源安全影响及对策研究领域的国际地位，增强我国在水资源安全战略方面应对气候变化的适应能力。（二）五年预期目标1.国家重大需求的预期贡献（1）研究气候变化对旱涝灾害的驱动机制，评估未来气候变化下的区域旱涝灾害风险和应对措施对策，为区域防汛抗旱、防灾减灾、保障经济社会及人民群众生命财产安全提供科技支撑。（2）研究气候变化和人类活动双重影响下区域水资源变化归因，定量评估区域未来水资源安全情势，为区域水资源可持续利用支撑经济社会的可持续发展提供科技保障。（3）提出基于不确定性评估和风险管理的水资源适应策略和旱涝灾害应对措施，为国家应对气候变化的宏观战略和区域中长期发展规划提供重要支撑。2.理论方法和技术的预期进展及科学价值（1）机理机制层面，通过深入分析流域水循环要素和旱涝灾害的时空变化规律，揭示气候变化对水循环要素和过程的影响机理、大气水-地表水-土壤水-地下水动力耦合机制、旱涝灾害的驱动机制，创新流域水循环基础理论。（2）模型方法层面，在气候变化和人类活动对水文水资源影响的归因识别方法、多尺度气候变化影响评价模型、旱涝灾害风险评估方法等方面取得重大进展，创新流域水文模拟与水资源影响评价方法。（3）应用基础层面，在评价流域水资源系统的脆弱性、基于不确定性决策和风险管理等方面取得重要进展，创新应对气候变化的水资源安全适应对策和风险管理理论。（4）学科发展层面，推动水文学、大气学、地理学、灾害学、农学、环境学等学科交叉和融合，促进我国水文水资源学科基础理论与方法的进步和发展。3.人才队伍与基地建设（1）培育4～6名有国际影响的中青年科学家，培养70～90名研究生，建设一支具有国际先进水平和创新能力的水文水资源及相关交叉学科的研究队伍。（2）建立一个集野外观测和科学实验、理论研究和生产应用于一体的水文水资源科研平台，完善12个科学实验站的实验内容和实验方案，使我国水文水资源基础理论研究跻身世界先进行列。（3）通过项目的实施，推进水循环和水资源相关国家重点实验室的发展。4.成果与发表出版（1）提交有关气候变化对我国水资源影响方面的国家咨询报告，其中部分成果在国家气候变化影响评估报告和IPCC第五次评估报告中得到应用。（2）在国内外重要期刊和重要会议上公开发表学术论文350篇以上，其中SCI论文100篇以上。（3）出版高水平的学术专著4～6部。（4）召开国际和国内大型学术研讨会2～3次，并出版会议论文集。四、课题设置课题一：气候变化对区域水循环的影响机理研究研究目标：阐明水循环过程要素之间的联系及其演变的驱动机制，研究大气-地表-土壤-地下之间水分和能量运动交换动力耦合机制，构建陆面-水文耦合模型，揭示气候变化对水循环要素和过程的影响机理。研究内容：本课题以研究区域、实验流域和实验站为研究对象，重点研究区域水循环过程的驱动机制及其对气候变化的响应机理。在区域层面，着重研究水汽通量和蒸散发演变规律；在实验流域和实验站层面，开展气候要素及下垫面条件变化对水循环过程影响的实验研究，深入剖析影响蒸散发演变的驱动机制及其对气候变化的响应机理。在上述理论分析和实验研究的基础上，发展水循环要素多重时空尺度转换与参数化方案，提出水循环过程动力耦合方法，构建陆面-水文耦合模型，探讨水循环要素对气候变化的响应经费比例：26.17％承担单位：河海大学，中国科学院大气物理研究所课题负责人：余钟波主要学术骨干：郝振纯，吕海深，徐兴奎，袁星课题二：气候变化对旱涝灾害的影响及风险评估认识旱涝灾害的历史变化规律，揭示气候变化对旱涝灾害的驱动机制，评估未来气候变化对旱涝灾害的影响及风险分析。研究内容：分析旱涝灾害的年代变化特点和各年代的空间分布格局；结合大尺度气候、天气特征分析，重点研究气候变化对旱涝灾害的驱动机制；提出考虑气候变化的旱涝灾害风险评估方法；结合未来气候变化情景，分析区域旱涝灾害风险，为防汛抗旱减灾提供科学依据。承担单位：中国水利水电科学研究院，河海大学课题负责人：严登华主要学术骨干：赵勇，尹明万，梁忠民，钟平安课题三：气候变化对区域水资源影响评估及不确定性分析研究目标：构建基于空间信息平台的多尺度气候变化影响评价模型，科学识别气候变化和人类活动对水资源变化的影响归因，评估未来区域水资源情势及其不确定性。研究内容：分析区域水资源历史变化规律，诊断水资源变异特征；构建多尺度的气候变化影响评价模型，改进参数识别方法和无资料地区参数化技术；定量分析气候变化和人类活动对水资源变化的影响归因；研究陆－气耦合的尺度转换技术，评价区域水资源变化情势，分析评价结果的不确定性承担单位：南京水利科学研究院，水利部水利信息中心（水利部水文局）课题负责人：张建云主要学术骨干：刘九夫，王国庆，杨扬，李岩课题四：气候变化背景下水资源安全评估和适应对策研究研究目标：预测未来区域水资源需求，评价气候变化背景下的区域水资源安全，提出基于风险管理的水资源适应气候变化的对策。研究内容：研究气候变化下的水资源脆弱性评价指标体系与方法，预测未来区域用水需求，分析不同气候变化情景下的区域水资源供需态势，评价未来区域水资源安全，开展应对气候变化的水资源综合管理与适应对策研究。承担单位：北京师范大学，南京水利科学研究院课题负责人：夏星辉主要学术骨干：刘强，杨晓华，吴永祥，贺瑞敏