院士之声｜变化世界中的水循环与水资源

水是维持生命、生态系统和人类社会的基础，在促进可持续的社会经济发展方面发挥着不可替代的作用。随着气候和土地利用的快速变化，全球水循环与水资源在空间和时间上具有高度的异质性。这引发了与水相关的诸多问题，并成为人类水安全面临的重大挑战。

夏军院士等在《地理学与可持续性（英文）》发表Hydrological cycle and water resources in a changing world: A review一文，文章综述了全球气候变化背景下水循环与水资源的研究进展和现有问题，并指出了未来主要挑战、关键科学问题和未来研究方向。这将促进自然科学和社会科学的跨学科综合研究，推动实现联合国可持续发展目标。

文章亮点

• 水循环研究重点关注气候变化和人类活动的影响。
• 流域管理亟需水文生物地球化学耦合模型。
• 人-水系统协同进化将成为未来研究的重点。

核心内容

图：变化环境中水循环和水资源具有跨尺度特征

本研究从水循环、水文过程、自然-社会水系统、流域综合管理四个方面总结了当前的研究进展和未来方向。未来研究应重视气候变化和人类活动交互作用对不同时空尺度水文过程和水资源的影响、探究陆-气相互作用、开展流域系统集成研究。

未来水循环和水资源研究的重点领域主要包括：

• 水循环关键过程与耦合集成

• 生态水文过程

（1）变化环境下生态-水文-地貌过程协同演化机理及其对极端气候事件和人类活动的响应；（2）地下生态过程与关键水土过程的耦合与复杂作用机理；（3）不同区域气候下的气候-水文-植被的耦合作用机理与模型；（4）生态系统退化与恢复过程的水文控制机理、生态阈值与稳定性；（5）多尺度生态水文观测技术、尺度转换理论与模拟方法；（6）生态水文最优性的理论与实践、生态系统承载力与调控；（7）生态-水文-社会经济综合集成预测与管理。

• 山区水文过程

（1）高海拔山区降雪和积雪的多源卫星遥感反演及耦合地面观测的高精度融合方法；（2）山地冰川变化监测的新技术、新手段、新方法；（3）结合模型和遥感等手段解析流域尺度的冻土变化；（4）基于物理机制、包含冰川-积雪-冻土等冰冻圈过程的综合水文模型；（5）模拟评估冰冻圈（冰川、积雪、冻土）变化对流域水文过程的综合影响，定量解析气候-冰冻圈-植被协同变化的径流效应。

• 城市水文过程

（1）城市水文监测与信息获取技术研究；（2）城市化流域的水文、生态和环境机制；（3）城市水系统与社会经济系统的协同演化机制；（4）健康水循环视角下城市群聚合发展的高效途径。

• 水文-生物地球化学过程

（1）垂直-水平界面流域水文-生物地球化学系统循环的偶联互动机制；（2）流域-区域生物地球化学循环与水文时间-空间耦合过程的生物学、物理学和化学过程的耦合机制；（3）水文-生物地球化学耦合的生态学过程与机制；（4）全球变化对水文-生物地球化学过程的影响；（5）定量评估水文-生物地球化学过程变化对生态系统生物环境因子、植被结构、生物多样性以及土壤和水体环境等的影响与环境效应。

• 流域多过程相互作用和耦合集成

（1）流域多过程相互作用机制；（2）流域多过程耦合集成；（3）利用大数据和人工智能模拟与预测分布式流域水文系统。

• 自然-社会水系统与水资源可持续利用

• 社会水循环

（1）社会水文学的数据收集（2）“人-水”系统协同演化的特征和机制（3）“人-水”耦合系统模型分析（4）“人-水”系统耦合演变的机理研究

• 水-粮食-能耦合关系

（1）水-粮-能耦合作用机理与互馈机制；（2）水-粮-能耦合模拟模型与决策支持工具；（3）水-粮-能耦合系统对外部驱动因素的响应机理；（4）气候变化和全球贸易与水-粮-能耦合系统的互馈关系；（5）区域和地球水-粮-能耦合及其全球级联效应。

• 水资源可持续利用的水安全与流域综合管理

（1）水-粮食-能源-生态环境互馈关系；（2）流域多利益主体协同与适应机制；（3）流域水安全与水资源可持续利用评价-规划-管理理论方法；（4）水文预报及其组合利用理论方法；（5）变化环境下的动态预报调度理论方法；（6）大数据处理与水系统知识发现；（7）水联网与智慧水利。
研究展望

“兴利除害”是水循环和水资源研究的永恒主题，提升变化环境下流域/区域水资源变化预测和防灾减灾能力尤为重要。水资源管理不仅要满足生活、生产和生态对水量和水质的需要，具有适应气候变化的能力，还需为减缓气候变化引起的涉水灾害提供政策和措施。

作者简介

夏军

中国科学院院士、博士生导师。国家973计划项目首席科学家，2004年当选国际水文科学协会（IAHS）副主席，2009年当选为国际水资源协会（IWRA）主席。现任国际水文科学协会（IAHS）发展中国家专门委员会主席、中国自然资源学会副理事长和水资源专业委员会主任、国际大地测量及地球物理联合会（IUGG）中国国家委员会副主席等职。主要从事水文水资源研究。已发表SCI论文138篇，其中第一作者和通讯作者89篇；EI论文157篇；出版专著10部。获由国际水文科学协会（IAHS）、联合国教科文组织（UNESCO）以及世界气象组织（WMO）联合颁发的国际水文科学领域的最高奖“Volker奖章”以及“国际水资源管理杰出贡献奖”和“2017年度国家自然科学奖二等奖”等。个人主页：http://waterlab.whu.edu.cn/index.php/Researcher/userinfo/uid/51.html

杨大文

清华大学水利水电工程系教授，博导。长江学者奖励计划特聘教授，清华大学“百名人才引进计划”教授。2003年获国际水文科学协会杰出青年水文学家奖。2010年获国家自然科学基金杰出青年基金资助。主要从事水文学及水资源研究。承担了国家自然科学基金专项项目（黄河流域水循环规律与水土过程耦合效应）、国家自然科学基金重大项目课题（长江源及上游山区水循环演变及其驱动机制研究）、国家自然科学基金重点项目（黄河源冻土区生态水文过程对气候变化的响应）、国家自然科学基金国际合作项目（气候变化下流域水文过程及水文通量变化：九龙江和昭披耶河对比研究）等。2015年和2020年分别获教育部自然科学一等奖（均排名第1），2015年获大禹水利科学技术奖一等奖（排名第4），2016年获大禹水利科学技术奖二等奖（排名第3）。个人主页：http://www.civil.tsinghua.edu.cn/he/essay/344/842.html
全文链接：http://www/sciencedirect.com/science/article/pii/S2666683921000213引用格式：Dawen Yang, Yuting Yang, Jun Xia. Hydrological cycle and water resources in a changing world: A review. Geography and Sustainability. 2021, 2(2): 115-122. https://doi.org/10.1016/j.geosus.2021.05.003.

Geography and Sustainability (ISSN 2096-7438) 是一本聚焦地理学与可持续性研究的国际英文学术开源期刊（季刊），由教育部主管、北京师范大学主办，依托北京师范大学出版社（集团）有限公司和爱思唯尔（Elsevier）出版集团全球发行。期刊于2020年3月创刊，2018年获中国科技期刊国际影响力提升计划D类项目资助，2020年11月入选Scopus数据库和中国地理资源领域高质量期刊目录，2021年4月被ESCI数据库收录。刊登内容包括但不局限于如下领域：地理过程、生态系统服务与人类福祉、人与环境系统、可持续发展和面向可持续性的地理数据与模型。

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