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夏军院士:长江模拟器,数窥江河 探问未来

时间:2021-09-03 来源:中国科学报
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前段时间,“长江模拟器示范基地”在重庆揭牌成立。

作为中国科学院A类战略性先导科技专项:美丽中国生态文明建设科技工程专项支持,有十几家单位参与、规划未来10年建成的重大科技工程,长江模拟器是什么?有什么用?未来怎么用?带着这些问题,我们采访了主持研发长江模拟器大科学装置的中国科学院院士、水文水资源学家、武汉大学水安全研究院院长夏军。

记者:请介绍一下“长江模拟器”是怎样的重大科技工程项目?

夏军:简单说,长江模拟器是以长江流域为对象,以流域水循环为纽带,将自然过程与社会经济过程相耦合的流域模拟系统及装置。它强调上、中、下游以及“湖库岸线城市群”的互联互动,强调自然科学与社会科学的深度交叉,强调大数据和人工智能信息支持,具有“监测模拟评价预警决策”支持功能。可应用于农业、水利、水资源管理、航运、防洪、环境保护等多个领域,服务于美丽中国、长江大保护的绿色发展目标。

记者:长江模拟器有什么功能,能做什么?

夏军:长江模拟器的主要功能是“了解过去长江、认识现在长江、展望未来长江”。

了解过去长江,即基于中生代以来的地质历史时期的考古、古地质、古地貌、古气候研究成果,再现长江流域水系产生和演化的过程。包括长江流域古气候演变、长江流域水系形成、古湖泊演化、长江文明诞生和城市文明的演化过程。

认识现在长江,是通过建设流域水系统全面监测监控能力,发展流域水系统全面模拟能力,具备对流域水系统进行实时监测、评估、预警和调控的能力。模拟再现近40年来的长江流域水环境水生态的演变过程,系统诊断流域水环境水生态问题的成因和机制,提出综合调控策略和具体管理措施。

展望未来长江,指针对未来可能的气候变化情景及社会经济发展情景,模拟预测不同情景下的流域水生态水环境演变趋势。通过模拟分析不同绿色发展路径下的流域绿色发展水平的时空差异,提出相应的调控对策和政策措施建议。

记者:作为一项重大科技工程,长江模拟器有怎样的建设规划?

夏军:长江模拟器是中国科学院地理科学与资源研究所、重庆绿色智能技术研究院、南京地理与湖泊研究所、大气物理研究所、水生生物研究所、武汉大学、长江水利委员会长江科学院、中国环境科学研究院等十几家单位参与建设的一项重大科技工程。根据中国科学院战略先导项目的执行周期和重庆市的地方需求,初步规划长江模拟器装置建设分三期进行。

第一期(2021.01-2021.12):将中国科学院“美丽中国”先导专项现有研究成果与智慧广阳岛、大河文明馆建设结合,完成“过去长江”中长江流域相关的古地理、古气候等功能展示,完成“现在长江”系统软件的初步开发、计算平台的建设、展示平台的初步搭建。

第二期(2022.01-2023.12):完善过去长江展示模块,支撑大河文明馆对“过去长江”展示的数据需求。完善长江模拟器相关功能,组建长江流域水环境水生态野外观测网络,并联合相关研究机构和高校的野外台站或试验基地,建设长江流域科学数据中心和多源数据共享系统。推进长江模拟器产业应用,加强与行业管理部门、科研机构、科技企业的成果共享和相互促进,以“政产研学用”联合创新来加快“生态产业化、产业生态化”的进程。

第三期(2024.01-2030.12):由中国科学院、重庆市、相关的中央高校、地方高校、地方科研院所共同将长江模拟器装置推动建设成为首个以空天地立体监测监控为基础的长江流域信息综合集成平台,以长江流域水系统综合模拟平台为核心的长江流域水环境水生态演变模拟平台,以全流域系统模拟为基础的体现生态系统整体性和流域系统性原则的流域综合调控管理决策平台,争取长江模拟器装置列入“十五五”国家级大科学装置建设计划;规划建设长江模拟器科创园区(产业园区)。

记者:将来哪些机构,具备什么条件可以使用长江模拟器?

夏军:长江模拟器是针对科学研究、政府管理、行业应用、公众宣传与参与等目标的资源环境类科学装置,具有明确且多样化的用户需求。如科研单位对系统模拟流域水循环关键过程、江湖关系、江城关系、流域梯级水库调度影响、流域水生态演变等具有迫切需求。政府管理部门对流域面源污染控制、流域水土流失治理、流域水资源优化配置、流域水生态治理修复也具有迫切的科技需求。国家决策部门有流域岸线空间管控、流域国土空间管控、流域左右岸与上下游协调发展策略等方面的决策咨询需求。企业单位有流域水环境治理技术、流域生态环境监测设施与物联网技术、流域水生态修复技术的需求。公众有长江流域生态文明宣传教育的需求,也有强烈意愿主动参与长江生态大保护的需求。满足长江流域绿色发展中的不同应用需求,是长江模拟器建设的立足点和基本任务。

记者:您对使用长江模拟器有什么建议?

夏军:长江模拟器装置建成后应具有的核心功能包括以下几个方面:

一是具备流域水系统全面监测监控能力。基于卫星、航空、无人机和地面高光谱遥感,地面水文、环境、气象、生态实测站点,实现空天地一体化流域水系统监测。

二是具备流域水系统全面模拟能力。利用自然-生态-人文耦合的水系统模型,模拟分析流域水循环基本过程、地表植被动态过程与地球化学过程、江河湖库水动力过程、典型断面水生态过程、城市水系统过程等。

三是具备对流域水系统的各类物理、化学和生物过程的精细描述的能力。

四是具备海量数据的实时交互式可视化分析能力。

五是具备对流域水系统进行实时监测、评估、预警和调控的能力。

对于整个长江流域而言,长江模拟器可推动长江经济带绿色发展科技创新,长江经济带各省市美丽中国与绿色发展评估工作,支撑长江流域国土空间规划、长江流域大保护规划及沿线省市“十四五”生态保护和环境治理专项规划的编制,以及长江大保护的法治建设和制度创新。







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