云水资源利用关键技术研究

The study on the key technologies in the utilization of cloud water resources is motivated by the realistic demand of settling the potential water resources security problem in the future. It is also one of the research hotspots and difficulties. Based on the related research achievements of the Sky River project, this project will conduct further research on the key technologies in the utilization of cloud water resources, taking the Sanjiangyuan region (especially the source region of the Lancang River) and the source region of the Yarlung Zangbo River as the study area. The main contents of this project are: (1) scientific observations and field tests for the utilization of atmospheric water resources; (2) principle analyses and process simulations for the utilization of atmospheric water resources; (3) impact assessments and developing potential analyses for the utilization of atmospheric water resources in the demonstration areas. The above three aspects constitute the core contents of this project, which will be the important technical support to the utilization of cloud water resources and will finally provide a scientific basis for handling China's water security problem.

云水资源利用关键技术研究是在为解决潜在的水资源安全问题这样一个现实需求的推动下产生的，是当前水资源安全研究的热点也是难点。本项目以天河工程相关研究成果为基础，以三江源地区（特别是澜沧江源头区）以及雅鲁藏布江源头区作为研究区域，对云水资源利用关键技术开展细致深入的研究。研究主要包括：（1）空中水资源利用野外试验与科学观测；（2）空中水资源利用原理分析与过程模拟；（3）空中水资源利用效果评估与开发潜力分析。这三方面研究构成本项目的核心内容，可为云水资源利用关键技术的完善提供基础支持，最终为解决我国水安全问题提供科学依据。

云水资源利用是未来水资源开源的重要方向，是解决我国西部缺水问题的关键思路。本项目围绕基于声波增雨/雪的新型云水资源利用技术开展研究，主要研究内容包括：声波增雨技术外场试验和影响效果评估、声波增雨技术作用机理研究、雅鲁藏布江流域云水资源分布及其受印度洋季风影响程度研究。研究进展如下：（1）在声波增雨技术试验和效果评估方面，分别与2019年和2020年在西藏林芝建立了两处声波增雨试验基地，开展了为期共3个月的野外试验和观测，数据统计分析结果表明：在声波增雨技术的影响下，试验区的累积降雨量和场次降雨事件的平均雨强总体呈现增长趋势。且在长历时降雨中影响效果更为显著，场次降雨事件的平均雨强综合增长率约为35%。声波影响的长历时降雨具有显著的分段式特征。结合COMSOL模型对声波在空气中传播模拟，评估了不同高度声波增雨技术的影响范围，为有效评估该技术的开发利用效率提供支持。（2）室内实验方面，在香港大学建立了一套基于PIV技术的声场条件下粒子运动可视化研究系统，实现了不同的声场特性条件下对细颗粒运动的规律研究。从微观角度观测到了声场对颗粒运动的影响，给出了声波频率和声强与粒子运动的关系，为声波增雨技术提供理论基础。（3）在云水资源分布及其受印度洋季风影响程度方面，对1979年以来雅鲁藏布江流域的气温、降水、水汽通量等要素开展了数学统计与WRF情景模拟等研究。研究结果表明，1979年以来雅鲁藏布江流域的气温上升明显，流域内大部分区域夏季降水增多显著，同时上下游具有显著的差异，通过ERA5水汽通量数据和WRF模型验证了印度洋季风的水汽输送对流域降水的重要影响作用，该发现对雅江流域云水资源利用具有重要意义。本项目已取得了重要的野外试验及室内实验数据，对野外试验效果和声波增雨的机理有了原创性的认识，能够为云水资源利用提供初步的理论基础，为最终解决我国水安全问题提供科学依据。