强人类活动对区域水汽输移影响研究

Intensive human exploitations of land and water resources, in concomitant with climate change, have significant impacts on the global and regional water cycling processes. Atmospheric water vapor plays a critical role in modulating the water cycling processes and weather system development, which thus makes the transport of it of great scientific importance in the regional hydrometeorological studies. In this project, we will choose China as the study region to investigate the spatiotemporal characteristics of atmospheric water vapor and the impacts on it of intensive human exploitations. Furthermore, we will also examine the evolving features of atmospheric water vapor in the near future so as to propose regulating measures that fit the scope of national water security. Techniques, including ensemble analysis of multi-source datasets, parameterization-integration development and multi-scenario simulations, will be employed. The expected outcomes and breakthroughs lie in the better understanding of mechanism for regional hydrometeorological processes, advances in the development of land-surface model with enhanced hydrology, and progress in designing appropriate regulating measures for national water security, which are of great scientific significance and practical benefits.

在气候变化背景下，表现为水土资源开发的强人类活动正对区域及全球水文循环过程产生深刻的影响。大气水汽是水文循环过程及天气系统演变的重要要素，其输移转化过程和驱动机制是区域气象水文研究的重大科学问题。本项目以我国作为典型研究区域，研究水汽的时空分布特征及输移规律，分析典型强人类活动对区域水汽输移的影响，研判未来水汽分布情势，面向国家水安全重大需求提出相应调控对策。本项目将采用多源数据融合分析、模型集成开发、多情景模拟预估等技术手段开展研究，预期将在区域气象水文过程调控机理上获得新认识、陆面－水文耦合模型开发上实现新突破、国家水安全保障对策上取得新进展，具有重要的科学意义和实际价值。

随着社会经济的发展人类活动的影响日渐显著，城市化和水利工程作为强人类活动的典型代表，对水文和能量循环有着重要的影响，但影响机理和适应对策亟待深入研究。本项目主要围绕以下内容开展了研究：(1)分析了过去30年我国主要流域的水汽分布特征和水汽来源特征、我国历史上若干极端降水、干旱事件的水汽输移特征。探讨了低纬度地区的大气河特征以及与强降水的相关关系，分析了新疆地区降水特征和降水水汽来源。(2)在现有的陆面模式中考虑了城市化、水库、灌溉过程等，来更好反映典型强人类活动对水热过程的影响。重点强化了自然流域的计算单元划分、城市复杂下垫面信息的升尺度等，得到了强化水文过程的城市化参数化方案、跨流域调水参数化方案。(3)通过集成包含典型强人类活动陆面过程模式和中尺度区域气象模式,量化了水库对局地气候的影响随海拔衰减的过程，研究了干旱、半干旱地区城市人为用水影响区域气候和降水的机制，研究了快速发展城市地区不同下垫面变化组合对局地气候以及暴雨发生机制和落区的影响、大量人为热释放对气象要素的影响。(4)预估了城市化进程和未来气候变化影响下的水分和能量平衡改变趋势，探讨了调整强人类活动强度和时空布局，对改变水汽输移引起的局地和区域气象要素变化程度，量化了梯级水库联合调度、屋顶绿化等措施对水热变化的减缓作用。研究成果有助于深入认识人类活动对水文循环和极端天气现象影响机理，量化分析对水汽输移的影响范围和程度，进而提出应对策略。