气候变化下黄淮海流域水循环模拟预测关键技术及适应性对策

2018-11-20

  一、项目名称:气候变化下黄淮海流域水循环模拟预测关键技术及适应性对策

  二、获奖年份、奖项名称及等级:2016年度大禹奖一等奖

  三、主要完成单位:河海大学、水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院、中国水利水电科学研究院、中国科学院大气物理研究所

  四、主要完成人员:余钟波、张建云、杨传国、严登华、王国庆、郝振纯、鞠琴、谷黄河、李彬权、郝洁、徐兴奎、鲍振鑫、王振华、蔡辉艺、付晓雷

  五、成果介绍:

  本项目属水利科学的水文水资源领域。 气候变化加剧了极端洪旱灾害程度和水资源时空变异,严重威胁社会经济和生态环境的可持续发展。现有的水文预报理论方法仍难以精细刻划气候变化和人类活动剧烈影响下的复杂水循环现象,尤其是模拟预测及灾害应对仍是学术与工程界的难题。项目围绕水文实验与规律揭示、水循环机理与模拟方法、模型预测预报技术和适应性对策开展原创性研究,取得了以下创新性成果: (1)黄淮海流域气象水文要素演变规律 发展了站点、实验流域、大中流域嵌套的水文气象要素规律分析理论和方法,提出了集多源卫星遥感、气象水文观测、气候模式再分析数据的反演同化方法,探明了气象水文要素变化趋势及时空变异规律,辨析了区域“蒸发悖论”现象产生的驱动因子,揭示了黄淮海地区的水汽主要来源及变化规律,阐明了未来气候变化对水汽含量的影响机制。 (2)气候变化下流域水循环机理与模拟技术 辨识了不同气候区下垫面参数的空间变异规律,探明了复杂下垫面非均质土壤蒸散发和降雨产流入渗机理,揭示了气候变化下流域水循环多相态多要素之间的转换机制,提出了基于集合粒子滤波的卫星反演/模拟/实测土壤水热四维变分同化新方法,建立了多向反馈的地表水、土壤水和地下水的耦合模拟技术,构建了气候变化和下垫面变化对水循环影响的模拟技术体系。 (3)流域水文模型构建与预测预报 提出了不同空间尺度的下垫面水文特征参数化方案,发展了包气带厚度动态变化的地表-地下水量交互计算技术,改进了冰水相变的未冻水、冰动态转化算法,创建了水热多相耦合的分布式流域水文模型系统,实现了粗网格陆面模式和细网格水文模型的双向耦合与时空尺度智能转换,构建了大气-陆面水文过程耦合模型,定量辨析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献,提高了气候情景下水循环要素时空演变模拟预测的精度。 (4)水文极端事件和水资源评估及应对 提出了基于历史极端事件演变特征的挖掘技术,建立了气候变化下流域极端洪旱事件识别标准,发展了基于气陆耦合的动力/概率统计降尺度方法,建立了条件和非条件概率下水文极端事件的不确定性评价体系,揭示了不确定性源对水文极端事件模拟的影响机制,评估了未来气候变化对水文极端事件和水资源的潜在影响,提出了未来区域极端洪旱灾害和水资源时空变异的应对措施,为区域气候变化的适应性对策提供重要科学判据。 发表论文77篇(SCI收录51篇),出版专著3部,获授权专利4项,编制水利行业标准1项。研究成果已在黄河、淮河、海河等流域的水文预报、水资源利用、应对气候变化和防洪抗旱等科学研究和生产实践中得到广泛应用和检验,取得了显著的社会经济效益。培养了国家与省部级人才计划6项(千人计划、百千万人才工程、江苏省“双创”计划等),获美国地下水协会杰出贡献奖1人,当选国际权威SCI期刊副主编/编委8人次,培养46名研究生,获2011年全国优秀博士论文提名奖1人。

不同气象因子贡献率-蒸发悖论的解释

黄淮海流域蒸散发时空规律

径流模拟与流量组成解析

坡面降雨入渗规律结构图

水热多相耦合水文模型系统