973项目标书气候部分

973项目标书气候部分内容摘要：

度、蒸发、土壤水分、径流和地下水）时空演变特征为研究对象，利用中国气象局和水利部的长期气象和水文观测资料，开展陆地水循环格局和水资源情势的时空演变规律和变化过程的检测及诊断研究；揭示陆地水循环要素和水资源格局的主要控制因素及其演化趋势，辨识气候变化和人为活动因素对陆地水循环格局和水资源情势影响的相对贡献，为建立大尺度陆地水循环模拟和数据同化系统、实现 “陆地水文 区域气候”双向耦合模拟以及研究区域水资源脆弱性与适应对策提供基础科学信息。 主要研究内容包括： 陆地水循环气候要素多时间尺度变化规律 研究我国东部季风区及主要江河流域（松花江、辽河、海河、黄河、淮河、长江、东南诸河、珠江八大流域系统，下同）陆地水循环气候要素各种时间尺度的变化和变异，包括年代际变化、周期、突变和趋势。 利用经过质量控制的气象资料，采用降雨径流系数、降雨蒸发系数、水汽收支、水循环强度指数以及时间序列的突变、周期和趋势统计分析以及大尺度水汽收支诊断分析和非线性 动力学分析方法 等工具，重点分析近 50～ 100 年东部季风气候区和主要江河流域地面气温、降水、土壤水分和潜在蒸发变化的时空规律，特别是长期趋势变化和年代际、周期变化规律。 我国东部季风区的主要江河流域径流和蒸发变化特征及其成因辨识 研究我国东部季风区的主要流域地表和地下径流的年代际变化、周期、突变和趋势特征，并进行地表径流和水资源量变化的成因分析。 利用降雨径流变 化趋势法、降水径流模式法（径流双累积曲线法）、流域蒸发差值法、分项调查还原法以及分布式水文模型的一致性修正方法等多种方法，对地表径流和水资源量进行还原分析；利用时间序列突变、周期和趋势统计分析工具，重点分析近 50～100 年主要流域地表径流和水资源量变化规律，近 30 年海河等典型流域地下水位变化规律；此外，通过对东部季风区内主要流域的年径流模数空间分析，开展不同流域间的径流比较分析。 利用基于降雨～径流关系的数理统计模型和考虑土地利用和覆被变化的流域水文模型等成因分析法，开展对主要江河流域代表站近50 年实测及天然 地表径流量变化的气候与人为驱动机制研究，甑别出人类活动（如土地利用和土地覆盖变化、修建水利工程等）和气候自然变异（如降雨变化）对径流的影响。 极端气候与水文事件的变化特征 研究适合我国东部季风区特点的气象与水文相协调的极端事件指标与评估方法；进行东部季风区及主要江河流域近 50～ 100 年极端降水事件（包括干旱和强降水、暴雨）变化特征的分析；研究东部季风区主要江河流域近 50 年洪水和极端枯水事件变化特征，以及近 100 年典型流域（淮河、长江中下游）洪水和极端枯水事件变化特征。 通过设定洪水阈值和枯水阈值，统计每年 超过洪水阈值和低于枯水阈值的天数，将其作为极端事件变化特征要素；也可以将年最大流量和年最小日平均流量分别作为洪水、枯水极端水文事件变化特征要素；利用概率密度函数、噪音比、突变和趋势等统计分析工具，重点分析长期趋势变化和多年代变化频率和强度的转折特征。 我国东部季风区主要江河流域水文 气候数据分析 建立我国东部季风区主要江河流域水文 气候数据库，并进行质量控制、均一化处理、空间插值和图解（ mapping），包括主要江河流域过去 50 年和未来 50年站点和格点的气候和水文数据库。 气候站点资料为东部季风区国家级台 站地面气温、降水、蒸发皿蒸发量日观测记录，约 200 站土壤水含量逐旬观测记录；格点资料为基于全国 2500个台站观测资料获得的季风区主要流域 176。 176。 经纬度网格点上的日、月平均气温、降水记录。 水文资料为东部季风主要江河流域主要控制水文站的日流量观测记录。 模式模拟资料将具有 176。 176。 经纬度网格分辨率，典型流域具有 176。 176。 经纬度网格分辨率。 经费比例： % 承担单位： 国家气候中心、水利部水利信息中心 课题负责人： 罗勇 学术骨干： 刘志雨、王永光、王金星、唐国利、许红梅、杨建青、任玉玉 、张艳武 课题 气候变化背景下未来水文情景预估及不确定性研究 预期目标： 依据 IPCC 最新评估报告提供的多 GCMs 模式的情景信息集合，研究我国东部季风区未来气候变化多模式预估的不确定性；提出未来气候变化下降水等水文预估的概率预测体系，发展多模式共识性预测的贝叶斯理论与方法，提高预测可信度；通过统计和动力学降尺度，应用到区域和流域尺度水循环与水资源未来时空变化的预估， 为研究气候变化对我国东部季风区水循环的影响提供科学依据。 研究内容： 未来气候变化的情景预估是研究气候变化对水循环水资源未来变化趋势的重要 基础。 由于 IPCC AR4 的多个气候模式预估的不确定性，如何减少未来输入到水文模式中计算的降水等水文要素预估的不确定性，获得可信度比较高的情景和预估范围，以及通过适当的降尺度技术途径，获得高分辨率的气候 水文解集信息是本课题重要的研究问题。 主要研究内容包括： 1. 气候变化多情景下水文变量概率预测的贝叶斯理论与方法 研发贝叶斯（ Bayes）统计理论与方法，使之能够使用 IPCCAR4 所有可用的GCM 模型的输出资料，来生成降水等水文变量未来变化的概率预测。 重点探讨贝叶斯模型加权平均（ BMA）方法，研究如何根据 模型预测值和观测值之间统计的一致性来确定贝叶斯模型加权的权重。 研究更为有弹性的概率预测方法，即可以分别单独用到水文变量，例如当前和将来的降雨或当前和将来的温度，也能扩展到同时包括当前和将来降雨和温度的概率预测的分析途径。 同时，研究和提出任意概率分布情况下的蒙特卡罗马尔可夫链（ MCMC）方法，其中包括研究参数的先验分布确定的随机抽样策略和计算后验概率分布等。 2. 未来气候变化情景下降水预估的共识性与可信度研究 研究贝叶斯理论体系上的降水等水文变量不确定性预估的共识性问题，其中包括 BMA 共识的预测和变异特性 分析，量化气候变化情景降水等水文要素预估的不确定性，解释相互之间的分歧，确定整体可靠性目标求解途径。 设法充分利用 IPCC 第四次评估报告给出的丰富的未来情景数据，提高概率预估的可信度，减少水文预测的不确定性。 3. 面向陆地水文过程及流域系统的降尺度技术研究 开展气候变化与水循环研究面临的尺度问题分析。 研究降水、温度等水文气象变量预测的动力降尺度问题与方法，分析 GCM 的系统误差或偏差应用到 RCM过程中的传播，分析 RCM 本身的偏差以及来自 GCM 偏差的非线性相互作用；探讨统计降尺度方法，研发统计 动力降尺度技术与 方法。 与水文变量概率预测的贝叶斯理论方法结合，研究和分析未来气候变化情景下当地尺度流域降水概率预测及其在水资源影响评估的应用。 获得东部季风联系的八大流域未来 2050 年全国1176。 1176。 网格（典型流域 176。 176。 网格）的日平均气温和降水量估计值。 经费比例： % 承担单位： 北京师范大学 课题负责人： 段青云 学术骨干： 徐宗学、郑小谷、叶爱中、彭定志、庞博 课题 陆地水文 区域气候耦合模拟及水循环变化机理分析 预期目标： 阐明气候、人类活动和陆地水循环的相互作用机理，建立中国东部季风区陆地水循环模 拟系统，以及考虑对气候反馈的陆地水文 区域气候模式，实现“水文 气候”的双向耦合模拟，甄别过去 50年气候变化和人类活动对我国东部季风区陆地水循环要素变化的贡献；揭示未来 2050 年中国东部季风区陆地降水、蒸发、径流和可再生水资源量对气候变化的响应机理及时空分异规律；揭示重大调水工程水量配置对区域气候和水循环的影响，为中国水资源脆弱性评估和适应性对策提供科学依据。 研究内容： 以中国东部季风气候区的大尺度陆地水循环系统为研究对象，基于气候与水文长期台站观测、试验流域观测以及卫星遥感信息，分析典型流域水循环过 程的动力学机制，建立大尺度陆地水循环模型，以及考虑陆地水文过程反馈的陆地水文 区域气候模式，实现“水文 气候”的双向耦合模拟；探讨气候变化和人类活动对陆地水循环影响的分离方法；研究未来气候均值、年际和极端事件的变化对陆地水循环的影响机理，重大调水工程对区域气候和水循环的影响，揭示气候变化下中国东部季风区陆地降水、蒸发和径流等水循环要素的时空分异特征，为中国水资源脆弱性评估和适应性对策提供科学依据。 主要研究内容包括： 以课题承担单位自主研发的流域水文过程模型（分布式时变增益 模型、植被界面过程模型和陆面过程模型）为基础，集成地表水、地下水、地气相互作用、农业灌溉、跨流域调水等过程参数化方案，发展能够刻画中国东部季风区主要地理、水文特征的新一代大尺度分布式陆地水循环模拟系统（ TERWAS）。 利用研究区域地气通量观测计划数据库、试验流域水文观测、中国生态网络观测，以及卫星遥感信息，改进对陆地水文模拟系统关键过程的参数化，验证模型的模拟精度，并分析模型的不确定性；构建数据与模型的同化系统，基于中科院和气象局的超级计算机对所开发的新一代大尺度分布式陆地水循环模拟系统进行大规模并行化计算 方面 的研究和实现，提高模拟的精度和时空分辨率。 区域气候双向耦合模式研究 基于研制的大尺度分布式陆地水循环模型，结合区域气候模式，采用次网格的升尺度聚合以及降尺度聚解方法，研究降水、土壤湿度、蒸发、径流等水文要素及关键过程在粗网格与细网格间的尺度转换方法，实现陆地水文 区域气候的双向耦合模拟，构建自主知识产权的考虑土壤水、地下水、地表水之间相互作用、以及农业灌溉、跨流域调水对气候反馈作用的陆地水文 区域气候双向耦合模式；并利用水文气象观测资料、重力卫星遥感信息、野外实验站点信息，对陆地水文区 域气候双向耦合模型进行验证。 利用所构建的陆地水文 区域气候双向耦合模式，对我国东部季风区内各流域过去 50 年水循环要素变化格局进行模拟，从物理成因上研究气候 陆地水循环耦合强度变化的调控因子，揭示过去 50 年气候变化下我国东部季风区陆地水循环的响应机理和反馈机制，甄别气候变化和人类活动对陆地水循环要素变化的贡献，为气候变化下区域水资源安全影响分析提供科学依据。 采用陆地水文 区域气候双向耦合模式进行气候 变化情景的动力降尺度， 给出中国东部季风区未来 2050 年气候变化情景；利用陆地水循环模拟系统 ,对气候变化情景进行订正后，模拟未来 2050 年中国东部季风区陆地及流域水资源分区的降水、蒸发和径流等水文要素的时空分布格局，划分气候变化影响敏感区，给出不同气候情景下我国东部区联系流域系统 30 30km2的陆地水循环中的降水量、蒸发和径流深估计值，分析未来水循环要素的演化趋势。 给出未来气候变化下重大调水工程供水区和受水区水量平衡的变化，以及极端气候事件下可供调水量，为气候变化和水资源脆弱性评估提供水资源变化情 景依据。 经费比例： % 承担单位： 中国科学院大气物理研究所、中国科学院地理科学与资源研究所 课题负责人： 谢正辉 学术骨干： 林朝晖、马柱国、田向军、王爱慧、杨宏伟、占车生、 秦佩华 、朱芮芮 课题 气候变化对北方典型农业及生态脆弱区水资源的影响 预期目标： 开发适用于北方农业及生态脆弱区的生态水文过程模型，并在遥感和地理信息支撑下扩展到区域尺度；依据过去 50 多年的模拟分析，揭示我国北方典型农业及生态脆弱区（黄淮海平原、松嫩 三江平原和黄土高原）水循环过程对气候变化的响应机理及其对农业生产、地下水 均衡和生态环境的影响；揭示极端水文和农业干旱的成灾机理，提出减灾和抗灾的措施，建立旱灾的农业损失评估方法；预估未来 2050 年气候变化下北方典型农业及生态脆弱区水资源供给、农作物耗水和灌溉需水的变化趋势，揭示农业干旱频率和强度的变化对农业生产、粮食安全和生态环境的影响机理，评估气候变化对研究区水资源安全、粮食安全和生态安全的效应。 研究成果为北方农业及生态脆弱区水资源保障、农业发展和生态环境建设提供科学依据。 研究内容： 以我国北方华北的黄淮海平原、东北的松嫩 三江平原及黄土高原生态脆弱区为研究区，研究气候 变化背景下区域水循环的响应机理、干旱导致的缺水以及水资源变化对农业生产、粮食安全和生态环境的影响。 通过田间 /野外和小流域生态水文试验、遥感信息反演，建立耦合主要农作物生长过程、土壤 植被 大气系统水分能量传输、土壤水 地下水交换和人工侧支水循环等过程的区域生态水文模型。 通过对过去 50多年黄淮海平原、松嫩 三江平原、黄土高原水循环过程及水资源变化的模拟分析，识别气候变化对研究区水文过程、农作物及生态环境需水、水资源安全的影响机制。 研究和评价气候变化与区域极端干旱事件的关系，预估未来 2050 年气候变化情景下 研究区农作物需水、水资源、干旱强度和频率的变化及其生态环境效应。 基于水土平衡，分析黄淮海、松嫩平原粮食生产安全的水资源保障机制，为区域水资源调配、农业生产布局和生态环境保护提供科学依据。 主要研究内容包括： 1. 北方农业及生态脆弱区水资源的时空格局和演变规律 基于研究区内中国生态研究网络试验站（禹城站、栾城站、三江站、海伦站）和典型试验流域，开展主要作物和植被类型的生态和水文过程试验观测，结合长时间序列的历史观测数据，研究主要农作物和植被类型的需水规律和关键参数，分析生态水文关键过程对气候变化的响应机理。 在已建立的植被界面过程模型（ VIP）的基础上， 研制主要农作物生长和产量形成过程、降水 地表水 土壤水 地下水。