《自然基金》标书——北方干旱化与人类适应.doc

、研究内容围绕上述国家重大需求,本项目拟解决的关键科学问题是“人类活动与干旱化相互作用"。提出这个问题的实质是要深入研究干旱化形成和发展的机理定量地区分自然过程和人类活动(包括温室效应引起的全球增暖和区域尺度土地利用引起的地表生物地球物理/化学过程的变化等干旱化形成和发展中的作用,为干旱化发展趋势以及阶段性转折或突变的预测、影响评估和适应对策研究提供科学基础。围绕上述关键科学问题,拟开展的主要研究内容是 (1)干旱/半干旱区大气过程、地表过程及其与人类活动相互作用的研究。其任务是通过干旱/半干旱不同土地覆盖/利用条件下大气和地表过程的强化观测试验以及相关遥感信息和模拟的综合集成分析揭示北方干旱/半干旱区环境系统的基本性质。它包括了作为整体的环境系统中水、土、气、生各组成部分之间的相互作用,能量、水分及其它物质的交换,以及发生在该系统中生物、物理和化学过程之间的相互关系和人类活动(包括土地利用和水资源利用)与区域环境系统相互关系的研究,这是认识干旱化形成机理的基础性研究 (2)干旱化发展趋势、阶段性转折或突变规律及可预测性研究。进一步研究这一特定地区生存环境变化的规律,重点硏究转折和突变信号的检测,突变和转折发生的时空规律及其驱动因子,包括自然因子、全球增暖和区域尺度人为因子的可能触发作用以及探讨这一类突变或转折的可预报性,它们是未来干旱化趋势及转折或突变预测的理论基础 (3)干旱化及其阶段性转折对我国粮食、水和土地资源安全的影响及适应对策研究。未来干旱化的发展方向,包括继续干旱化的趋势或可能发生阶段性转折或突变将会产生什么影响,人类又如何采取应对战略措施呢?将重点研究各种可能变化情景及转折和突变条件下粮食产量、水资源供需能力和土地资源利用格局的综合影响评估以及从调整社会经济结构、政策和法律等方面的综合措施来适应或减缓干旱化带来的不利影响的对策研究,它们是本项目为国家目标服务的更直接的知识基础 (4)地球系统亚洲区域模式的发展及其在干旱化趋势和阶段性转折或突变预测、影响评估和人类适应对策中应用的研究。为了对干旱/半干旱区的区域环境系统及其与全球变化的联系进行综合集成研究,提供客观、定量研究的工具将在《G19990434》项目已经建立起来的区域环境系统模式的基础上发展成为

一、研究内容围绕上述国家重大需求，本项目拟解决的关键科学问题是“人类活动与干旱化相互作用”。提出这个问题的实质是要深入研究干旱化形成和发展的机理，定量地区分自然过程和人类活动（包括温室效应引起的全球增暖和区域尺度土地利用引起的地表生物地球物理／化学过程的变化等）在干旱化形成和发展中的作用，为干旱化发展趋势以及阶段性转折或突变的预测、影响评估和适应对策研究提供科学基础。围绕上述关键科学问题，拟开展的主要研究内容是：（1）干旱／半干旱区大气过程、地表过程及其与人类活动相互作用的研究。其任务是通过干旱／半干旱不同土地覆盖／利用条件下，大气和地表过程的强化观测试验以及相关遥感信息和模拟的综合集成分析，揭示北方干旱／半干旱区环境系统的基本性质。它包括了作为整体的环境系统中水、土、气、生各组成部分之间的相互作用，能量、水分及其它物质的交换，以及发生在该系统中生物、物理和化学过程之间的相互关系和人类活动（包括土地利用和水资源利用）与区域环境系统相互关系的研究，这是认识干旱化形成机理的基础性研究；（2）干旱化发展趋势、阶段性转折或突变规律及可预测性研究。进一步研究这一特定地区生存环境变化的规律，重点研究转折和突变信号的检测，突变和转折发生的时空规律及其驱动因子，包括自然因子、全球增暖和区域尺度人为因子的可能触发作用以及探讨这一类突变或转折的可预报性，它们是未来干旱化趋势及转折或突变预测的理论基础；（3）干旱化及其阶段性转折对我国粮食、水和土地资源安全的影响及适应对策研究。未来干旱化的发展方向，包括继续干旱化的趋势或可能发生阶段性转折或突变将会产生什么影响，人类又如何采取应对战略措施呢？将重点研究各种可能变化情景及转折和突变条件下粮食产量、水资源供需能力和土地资源利用格局的综合影响评估以及从调整社会经济结构、政策和法律等方面的综合措施来适应或减缓干旱化带来的不利影响的对策研究，它们是本项目为国家目标服务的更直接的知识基础；（4）地球系统亚洲区域模式的发展及其在干旱化趋势和阶段性转折或突变预测、影响评估和人类适应对策中应用的研究。为了对干旱／半干旱区的区域环境系统及其与全球变化的联系进行综合集成研究，提供客观、定量研究的工具，将在《G19990434》项目已经建立起来的区域环境系统模式的基础上发展成为一

个地球系统亚洲区域模式这个模式将包括环境系统的各个主要组分和主要的物理、化学和生物过程以及描写人类活动的社会经济发展模式等,逐步实现这些组分和过程的耦合。同时还将发展—种基于系统动力学的中等复杂程度的地球系统区域模式,探索地球系统模拟的新途径。通过这些模式系统的发展、检验和数值模拟试验,将用于干旱化机理、趋势预测、影响评估和适应对策的综合集成研究。二、预期目标围绕上述国家重大需求和关键科学问题的研究,本项目原则上将继续为实现《G19990434》项目的总体目标而努力总体目标:以全球变化和地球系统科学理论为指导,揭示我国生存环境长期变化的规律和机理发展区域环境系统变化的理论和方法为北方干旱化的预测、影响评估和对策建议提供科学基础并为国家在工农业发展布局和生态环境建设规划方面的宏观决策提供知识基础。同时,在亚洲季风—干旱环境系统与全球变化相互作用的前沿领域作出新的贡献保持和发展在这一领域已经确定起来的优势地位。五年预期目标 (1)揭示我国北方干旱化发展中大气物理/动力过程、地表生物地球物理(水文)/化学过程和人类活动相互作用的基本规律,取得在干旱化形成机理方面的原创性研究成果; (2)揭示千旱化发展趋势、阶段性转折或突变的基本规律,分析其驱动机制, 提出相应的可预测性理论和方法 (3)初步建成能描写物理、化学、生物和人文过程相互作用的地球系统亚洲区域模式,并用于改进干旱化预测、影响评估和人类适应综合集成研究; 培养一批能扎扎实实为国家需求作贡献,又有原始创新思想的中青年科学家在国际科学舞台上确立应有的地位三、研究方案根据项目的总体目标和研究内容、本项目的总体学术思路是,把北方干旱化与人类适应问题作为全球变化的区域响应和适应问题研究的-部分

个地球系统亚洲区域模式，这个模式将包括环境系统的各个主要组分和主要的物理、化学和生物过程以及描写人类活动的社会经济发展模式等，逐步实现这些组分和过程的耦合。同时还将发展一种基于系统动力学的中等复杂程度的地球系统区域模式，探索地球系统模拟的新途径。通过这些模式系统的发展、检验和数值模拟试验，将用于干旱化机理、趋势预测、影响评估和适应对策的综合集成研究。二、预期目标围绕上述国家重大需求和关键科学问题的研究，本项目原则上将继续为实现《G19990434》项目的总体目标而努力。总体目标：以全球变化和地球系统科学理论为指导，揭示我国生存环境长期变化的规律和机理，发展区域环境系统变化的理论和方法，为北方干旱化的预测、影响评估和对策建议提供科学基础，并为国家在工农业发展布局和生态环境建设规划方面的宏观决策提供知识基础。同时，在亚洲季风—干旱环境系统与全球变化相互作用的前沿领域作出新的贡献，保持和发展在这一领域已经确定起来的优势地位。五年预期目标：（1）揭示我国北方干旱化发展中大气物理／动力过程、地表生物地球物理（水文）／化学过程和人类活动相互作用的基本规律，取得在干旱化形成机理方面的原创性研究成果；（2）揭示干旱化发展趋势、阶段性转折或突变的基本规律，分析其驱动机制，提出相应的可预测性理论和方法；（3）初步建成能描写物理、化学、生物和人文过程相互作用的地球系统亚洲区域模式，并用于改进干旱化预测、影响评估和人类适应综合集成研究；培养一批能扎扎实实为国家需求作贡献，又有原始创新思想的中青年科学家，在国际科学舞台上确立应有的地位。三、研究方案根据项目的总体目标和研究内容、本项目的总体学术思路是，把北方干旱化与人类适应问题作为全球变化的区域响应和适应问题研究的一部分

项目将在前期工作的基础上,加强原始创新硏究的力度,把硏究工作的重点从以干旱化发展规律研究为主转入以干旱化形成机理研究为主的新阶段,集中优势力量强化对干旱泮干旱区大气过程、地表过程、生态过程及其与人类活动相互作用的长期连续观测实验和理论硏究;在干旱化规律硏究中,着重对阶段性转折和突变规律的研究。同时,发展能综合描写物理、化学、生物和人文过程及其相互作用的地球系统亚洲区域模式,进行干旱化机理、预测、影响评估的综合集成研究,在更坚实的基础上,为国家重大需求作出贡献。根据地球系统科学的综合和集成思想,首先在科学上重点探索人类活动对干旱化的影响机理,以不同地区和不同人类活动(土地利用)条件下的地气交换通量的强化连续观测实验为基础,结合卫星遥感和其它环境信息资料、比较全球 CEOP观测网半干旱区站点的通量实验资料和气候模式模拟,从地气物质、水能量交换等方面揭示人类活动影响北方干旱化的机理;以典型区域的生态水文观测实验为基础,结合遥感信息和生态-水文模式模拟,揭示人类活动影响北方干旱化的生态-水文机制通过高分辨率代用和器测资料的分析、比较和综合集成, 探讨北方干旱化转折和突变的可预报性。根据以上机理及有关可预测性硏究提出北方干旱化发展趋势、阶段性转折或突变的可预测性理论,对干旱化对我国粮食安全、水安全和土地资源安全的影响作出客观评估并提出相应的社会经济适应对策。最后,以已经建成的区域环境系统模式为基础,综合集成上述认识,建成地球系统亚洲区域模式,为千旱化预测、影响评估和适应对策研究提供有效的数值试验工具,并为地球系统科学研究作出贡献。与国内外同类研究相比较,本项目完全不同于目前仍然存在的单学科的干旱化硏究,如气候学对降雨量的硏究、水文学对径流和水资源的研究以及农业干旱

项目将在前期工作的基础上，加强原始创新研究的力度，把研究工作的重点从以干旱化发展规律研究为主转入以干旱化形成机理研究为主的新阶段，集中优势力量强化对干旱/半干旱区大气过程、地表过程、生态过程及其与人类活动相互作用的长期连续观测实验和理论研究；在干旱化规律研究中，着重对阶段性转折和突变规律的研究。同时，发展能综合描写物理、化学、生物和人文过程及其相互作用的地球系统亚洲区域模式，进行干旱化机理、预测、影响评估的综合集成研究，在更坚实的基础上，为国家重大需求作出贡献。根据地球系统科学的综合和集成思想，首先在科学上重点探索人类活动对干旱化的影响机理，以不同地区和不同人类活动（土地利用）条件下的地气交换通量的强化连续观测实验为基础，结合卫星遥感和其它环境信息资料、比较全球 CEOP 观测网半干旱区站点的通量实验资料和气候模式模拟，从地气物质、水、能量交换等方面揭示人类活动影响北方干旱化的机理；以典型区域的生态水文观测实验为基础，结合遥感信息和生态－水文模式模拟，揭示人类活动影响北方干旱化的生态－水文机制；通过高分辨率代用和器测资料的分析、比较和综合集成，探讨北方干旱化转折和突变的可预报性。根据以上机理及有关可预测性研究，提出北方干旱化发展趋势、阶段性转折或突变的可预测性理论，对干旱化对我国粮食安全、水安全和土地资源安全的影响作出客观评估并提出相应的社会经济适应对策。最后，以已经建成的区域环境系统模式为基础，综合集成上述认识，建成地球系统亚洲区域模式，为干旱化预测、影响评估和适应对策研究提供有效的数值试验工具，并为地球系统科学研究作出贡献。与国内外同类研究相比较，本项目完全不同于目前仍然存在的单学科的干旱化研究，如气候学对降雨量的研究、水文学对径流和水资源的研究以及农业干旱