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夏軍院士：長江模擬器，數窺江河 探問未來

時間：2021-09-03 來源：中國科學報

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前段時間，“長江模擬器示范基地”在重慶揭牌成立。

作為中國科學院A類戰略性先導科技專項：美麗中國生態文明建設科技工程專項支持，有十幾家單位參與、規劃未來10年建成的重大科技工程，長江模擬器是什么？有什么用？未來怎么用？帶著這些問題，我們采訪了主持研發長江模擬器大科學裝置的中國科學院院士、水文水資源學家、武漢大學水安全研究院院長夏軍。

記者：請介紹一下“長江模擬器”是怎樣的重大科技工程項目？

夏軍：簡單說，長江模擬器是以長江流域為對象，以流域水循環為紐帶，將自然過程與社會經濟過程相耦合的流域模擬系統及裝置。它強調上、中、下游以及“湖庫岸線城市群”的互聯互動，強調自然科學與社會科學的深度交叉，強調大數據和人工智能信息支持，具有“監測模擬評價預警決策”支持功能。可應用于農業、水利、水資源管理、航運、防洪、環境保護等多個領域，服務于美麗中國、長江大保護的綠色發展目標。

記者：長江模擬器有什么功能，能做什么？

夏軍：長江模擬器的主要功能是“了解過去長江、認識現在長江、展望未來長江”。

了解過去長江，即基于中生代以來的地質歷史時期的考古、古地質、古地貌、古氣候研究成果，再現長江流域水系產生和演化的過程。包括長江流域古氣候演變、長江流域水系形成、古湖泊演化、長江文明誕生和城市文明的演化過程。

認識現在長江，是通過建設流域水系統全面監測監控能力，發展流域水系統全面模擬能力，具備對流域水系統進行實時監測、評估、預警和調控的能力。模擬再現近40年來的長江流域水環境水生態的演變過程，系統診斷流域水環境水生態問題的成因和機制，提出綜合調控策略和具體管理措施。

展望未來長江，指針對未來可能的氣候變化情景及社會經濟發展情景，模擬預測不同情景下的流域水生態水環境演變趨勢。通過模擬分析不同綠色發展路徑下的流域綠色發展水平的時空差異，提出相應的調控對策和政策措施建議。

記者：作為一項重大科技工程，長江模擬器有怎樣的建設規劃？

夏軍：長江模擬器是中國科學院地理科學與資源研究所、重慶綠色智能技術研究院、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、長江水利委員會長江科學院、中國環境科學研究院等十幾家單位參與建設的一項重大科技工程。根據中國科學院戰略先導項目的執行周期和重慶市的地方需求，初步規劃長江模擬器裝置建設分三期進行。

第一期（2021.01-2021.12）：將中國科學院“美麗中國”先導專項現有研究成果與智慧廣陽島、大河文明館建設結合，完成“過去長江”中長江流域相關的古地理、古氣候等功能展示，完成“現在長江”系統軟件的初步開發、計算平臺的建設、展示平臺的初步搭建。

第二期（2022.01-2023.12）：完善過去長江展示模塊，支撐大河文明館對“過去長江”展示的數據需求。完善長江模擬器相關功能，組建長江流域水環境水生態野外觀測網絡，并聯合相關研究機構和高校的野外臺站或試驗基地，建設長江流域科學數據中心和多源數據共享系統。推進長江模擬器產業應用，加強與行業管理部門、科研機構、科技企業的成果共享和相互促進，以“政產研學用”聯合創新來加快“生態產業化、產業生態化”的進程。

第三期（2024.01-2030.12）：由中國科學院、重慶市、相關的中央高校、地方高校、地方科研院所共同將長江模擬器裝置推動建設成為首個以空天地立體監測監控為基礎的長江流域信息綜合集成平臺，以長江流域水系統綜合模擬平臺為核心的長江流域水環境水生態演變模擬平臺，以全流域系統模擬為基礎的體現生態系統整體性和流域系統性原則的流域綜合調控管理決策平臺，爭取長江模擬器裝置列入“十五五”國家級大科學裝置建設計劃；規劃建設長江模擬器科創園區（產業園區）。

記者：將來哪些機構，具備什么條件可以使用長江模擬器？

夏軍：長江模擬器是針對科學研究、政府管理、行業應用、公眾宣傳與參與等目標的資源環境類科學裝置，具有明確且多樣化的用戶需求。如科研單位對系統模擬流域水循環關鍵過程、江湖關系、江城關系、流域梯級水庫調度影響、流域水生態演變等具有迫切需求。政府管理部門對流域面源污染控制、流域水土流失治理、流域水資源優化配置、流域水生態治理修復也具有迫切的科技需求。國家決策部門有流域岸線空間管控、流域國土空間管控、流域左右岸與上下游協調發展策略等方面的決策咨詢需求。企業單位有流域水環境治理技術、流域生態環境監測設施與物聯網技術、流域水生態修復技術的需求。公眾有長江流域生態文明宣傳教育的需求，也有強烈意愿主動參與長江生態大保護的需求。滿足長江流域綠色發展中的不同應用需求，是長江模擬器建設的立足點和基本任務。

記者：您對使用長江模擬器有什么建議？

夏軍：長江模擬器裝置建成后應具有的核心功能包括以下幾個方面：

一是具備流域水系統全面監測監控能力。基于衛星、航空、無人機和地面高光譜遙感，地面水文、環境、氣象、生態實測站點，實現空天地一體化流域水系統監測。

二是具備流域水系統全面模擬能力。利用自然-生態-人文耦合的水系統模型，模擬分析流域水循環基本過程、地表植被動態過程與地球化學過程、江河湖庫水動力過程、典型斷面水生態過程、城市水系統過程等。

三是具備對流域水系統的各類物理、化學和生物過程的精細描述的能力。

四是具備海量數據的實時交互式可視化分析能力。

五是具備對流域水系統進行實時監測、評估、預警和調控的能力。

對于整個長江流域而言，長江模擬器可推動長江經濟帶綠色發展科技創新，長江經濟帶各省市美麗中國與綠色發展評估工作，支撐長江流域國土空間規劃、長江流域大保護規劃及沿線省市“十四五”生態保護和環境治理專項規劃的編制，以及長江大保護的法治建設和制度創新。