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夏軍院士：長(zhǎng)江模擬器，數(shù)窺江河 探問(wèn)未來(lái)

時(shí)間：2021-09-03 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)

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前段時(shí)間，“長(zhǎng)江模擬器示范基地”在重慶揭牌成立。

作為中國(guó)科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)：美麗中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)科技工程專項(xiàng)支持，有十幾家單位參與、規(guī)劃未來(lái)10年建成的重大科技工程，長(zhǎng)江模擬器是什么？有什么用？未來(lái)怎么用？帶著這些問(wèn)題，我們采訪了主持研發(fā)長(zhǎng)江模擬器大科學(xué)裝置的中國(guó)科學(xué)院院士、水文水資源學(xué)家、武漢大學(xué)水安全研究院院長(zhǎng)夏軍。

記者：請(qǐng)介紹一下“長(zhǎng)江模擬器”是怎樣的重大科技工程項(xiàng)目？

夏軍：簡(jiǎn)單說(shuō)，長(zhǎng)江模擬器是以長(zhǎng)江流域?yàn)閷?duì)象，以流域水循環(huán)為紐帶，將自然過(guò)程與社會(huì)經(jīng)濟(jì)過(guò)程相耦合的流域模擬系統(tǒng)及裝置。它強(qiáng)調(diào)上、中、下游以及“湖庫(kù)岸線城市群”的互聯(lián)互動(dòng)，強(qiáng)調(diào)自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的深度交叉，強(qiáng)調(diào)大數(shù)據(jù)和人工智能信息支持，具有“監(jiān)測(cè)模擬評(píng)價(jià)預(yù)警決策”支持功能。可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、水利、水資源管理、航運(yùn)、防洪、環(huán)境保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域，服務(wù)于美麗中國(guó)、長(zhǎng)江大保護(hù)的綠色發(fā)展目標(biāo)。

記者：長(zhǎng)江模擬器有什么功能，能做什么？

夏軍：長(zhǎng)江模擬器的主要功能是“了解過(guò)去長(zhǎng)江、認(rèn)識(shí)現(xiàn)在長(zhǎng)江、展望未來(lái)長(zhǎng)江”。

了解過(guò)去長(zhǎng)江，即基于中生代以來(lái)的地質(zhì)歷史時(shí)期的考古、古地質(zhì)、古地貌、古氣候研究成果，再現(xiàn)長(zhǎng)江流域水系產(chǎn)生和演化的過(guò)程。包括長(zhǎng)江流域古氣候演變、長(zhǎng)江流域水系形成、古湖泊演化、長(zhǎng)江文明誕生和城市文明的演化過(guò)程。

認(rèn)識(shí)現(xiàn)在長(zhǎng)江，是通過(guò)建設(shè)流域水系統(tǒng)全面監(jiān)測(cè)監(jiān)控能力，發(fā)展流域水系統(tǒng)全面模擬能力，具備對(duì)流域水系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)估、預(yù)警和調(diào)控的能力。模擬再現(xiàn)近40年來(lái)的長(zhǎng)江流域水環(huán)境水生態(tài)的演變過(guò)程，系統(tǒng)診斷流域水環(huán)境水生態(tài)問(wèn)題的成因和機(jī)制，提出綜合調(diào)控策略和具體管理措施。

展望未來(lái)長(zhǎng)江，指針對(duì)未來(lái)可能的氣候變化情景及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景，模擬預(yù)測(cè)不同情景下的流域水生態(tài)水環(huán)境演變趨勢(shì)。通過(guò)模擬分析不同綠色發(fā)展路徑下的流域綠色發(fā)展水平的時(shí)空差異，提出相應(yīng)的調(diào)控對(duì)策和政策措施建議。

記者：作為一項(xiàng)重大科技工程，長(zhǎng)江模擬器有怎樣的建設(shè)規(guī)劃？

夏軍：長(zhǎng)江模擬器是中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、重慶綠色智能技術(shù)研究院、南京地理與湖泊研究所、大氣物理研究所、水生生物研究所、武漢大學(xué)、長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院、中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院等十幾家單位參與建設(shè)的一項(xiàng)重大科技工程。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目的執(zhí)行周期和重慶市的地方需求，初步規(guī)劃長(zhǎng)江模擬器裝置建設(shè)分三期進(jìn)行。

第一期（2021.01-2021.12）：將中國(guó)科學(xué)院“美麗中國(guó)”先導(dǎo)專項(xiàng)現(xiàn)有研究成果與智慧廣陽(yáng)島、大河文明館建設(shè)結(jié)合，完成“過(guò)去長(zhǎng)江”中長(zhǎng)江流域相關(guān)的古地理、古氣候等功能展示，完成“現(xiàn)在長(zhǎng)江”系統(tǒng)軟件的初步開(kāi)發(fā)、計(jì)算平臺(tái)的建設(shè)、展示平臺(tái)的初步搭建。

第二期（2022.01-2023.12）：完善過(guò)去長(zhǎng)江展示模塊，支撐大河文明館對(duì)“過(guò)去長(zhǎng)江”展示的數(shù)據(jù)需求。完善長(zhǎng)江模擬器相關(guān)功能，組建長(zhǎng)江流域水環(huán)境水生態(tài)野外觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，并聯(lián)合相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和高校的野外臺(tái)站或試驗(yàn)基地，建設(shè)長(zhǎng)江流域科學(xué)數(shù)據(jù)中心和多源數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)。推進(jìn)長(zhǎng)江模擬器產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，加強(qiáng)與行業(yè)管理部門、科研機(jī)構(gòu)、科技企業(yè)的成果共享和相互促進(jìn)，以“政產(chǎn)研學(xué)用”聯(lián)合創(chuàng)新來(lái)加快“生態(tài)產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)生態(tài)化”的進(jìn)程。

第三期（2024.01-2030.12）：由中國(guó)科學(xué)院、重慶市、相關(guān)的中央高校、地方高校、地方科研院所共同將長(zhǎng)江模擬器裝置推動(dòng)建設(shè)成為首個(gè)以空天地立體監(jiān)測(cè)監(jiān)控為基礎(chǔ)的長(zhǎng)江流域信息綜合集成平臺(tái)，以長(zhǎng)江流域水系統(tǒng)綜合模擬平臺(tái)為核心的長(zhǎng)江流域水環(huán)境水生態(tài)演變模擬平臺(tái)，以全流域系統(tǒng)模擬為基礎(chǔ)的體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)整體性和流域系統(tǒng)性原則的流域綜合調(diào)控管理決策平臺(tái)，爭(zhēng)取長(zhǎng)江模擬器裝置列入“十五五”國(guó)家級(jí)大科學(xué)裝置建設(shè)計(jì)劃；規(guī)劃建設(shè)長(zhǎng)江模擬器科創(chuàng)園區(qū)（產(chǎn)業(yè)園區(qū)）。

記者：將來(lái)哪些機(jī)構(gòu)，具備什么條件可以使用長(zhǎng)江模擬器？

夏軍：長(zhǎng)江模擬器是針對(duì)科學(xué)研究、政府管理、行業(yè)應(yīng)用、公眾宣傳與參與等目標(biāo)的資源環(huán)境類科學(xué)裝置，具有明確且多樣化的用戶需求。如科研單位對(duì)系統(tǒng)模擬流域水循環(huán)關(guān)鍵過(guò)程、江湖關(guān)系、江城關(guān)系、流域梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度影響、流域水生態(tài)演變等具有迫切需求。政府管理部門對(duì)流域面源污染控制、流域水土流失治理、流域水資源優(yōu)化配置、流域水生態(tài)治理修復(fù)也具有迫切的科技需求。國(guó)家決策部門有流域岸線空間管控、流域國(guó)土空間管控、流域左右岸與上下游協(xié)調(diào)發(fā)展策略等方面的決策咨詢需求。企業(yè)單位有流域水環(huán)境治理技術(shù)、流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)施與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、流域水生態(tài)修復(fù)技術(shù)的需求。公眾有長(zhǎng)江流域生態(tài)文明宣傳教育的需求，也有強(qiáng)烈意愿主動(dòng)參與長(zhǎng)江生態(tài)大保護(hù)的需求。滿足長(zhǎng)江流域綠色發(fā)展中的不同應(yīng)用需求，是長(zhǎng)江模擬器建設(shè)的立足點(diǎn)和基本任務(wù)。

記者：您對(duì)使用長(zhǎng)江模擬器有什么建議？

夏軍：長(zhǎng)江模擬器裝置建成后應(yīng)具有的核心功能包括以下幾個(gè)方面：

一是具備流域水系統(tǒng)全面監(jiān)測(cè)監(jiān)控能力。基于衛(wèi)星、航空、無(wú)人機(jī)和地面高光譜遙感，地面水文、環(huán)境、氣象、生態(tài)實(shí)測(cè)站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)空天地一體化流域水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。

二是具備流域水系統(tǒng)全面模擬能力。利用自然-生態(tài)-人文耦合的水系統(tǒng)模型，模擬分析流域水循環(huán)基本過(guò)程、地表植被動(dòng)態(tài)過(guò)程與地球化學(xué)過(guò)程、江河湖庫(kù)水動(dòng)力過(guò)程、典型斷面水生態(tài)過(guò)程、城市水系統(tǒng)過(guò)程等。

三是具備對(duì)流域水系統(tǒng)的各類物理、化學(xué)和生物過(guò)程的精細(xì)描述的能力。

四是具備海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互式可視化分析能力。

五是具備對(duì)流域水系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)估、預(yù)警和調(diào)控的能力。

對(duì)于整個(gè)長(zhǎng)江流域而言，長(zhǎng)江模擬器可推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色發(fā)展科技創(chuàng)新，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市美麗中國(guó)與綠色發(fā)展評(píng)估工作，支撐長(zhǎng)江流域國(guó)土空間規(guī)劃、長(zhǎng)江流域大保護(hù)規(guī)劃及沿線省市“十四五”生態(tài)保護(hù)和環(huán)境治理專項(xiàng)規(guī)劃的編制，以及長(zhǎng)江大保護(hù)的法治建設(shè)和制度創(chuàng)新。