關(guān)于長江模擬器的答疑解惑 科技創(chuàng)新支撐長江流域綜合管理——采訪夏軍院士

今年6月，長江模擬器示范基地在重慶成立。長江模擬器將為智慧水利體系建設(shè)提供科技引領(lǐng)，為流域水災(zāi)害預(yù)警、流域水環(huán)境水生態(tài)現(xiàn)狀評估、流域水資源和生態(tài)系統(tǒng)管理與調(diào)控提供有效手段，為流域長遠規(guī)劃、管理和應(yīng)對提供科學依據(jù)。水利部部長李國英在“三對標一規(guī)劃”行動總結(jié)講話中提出推進智慧水利建設(shè)，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，加快構(gòu)建具有預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的智慧水利體系。中國水利報記者為此采訪參與長江模擬器建設(shè)的中國科學院院士、武漢大學水安全研究院院長夏軍，對長江模擬器的功能以及未來發(fā)展等問題答疑解惑。

問：什么是長江模擬器?

長江模擬器具有監(jiān)測-模擬評價預(yù)警決策支持功能，可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、水資源管理、航運、防洪、環(huán)境保護等多個領(lǐng)域，服務(wù)于美麗中國、長江大保護的綠色發(fā)展目標。

夏軍：長江模擬器，簡單地講就是以長江流域為對象，以流域水循環(huán)為紐帶，將自然過程與社會經(jīng)濟過程相耦合的流域模擬系統(tǒng)及其裝置。它強調(diào)上、中、下游以及湖庫-岸線城市群的互聯(lián)互動，強調(diào)自然科學與社會科學的深度交叉，強調(diào)大數(shù)據(jù)和人工智能信息支持，具有監(jiān)測-模擬-評價預(yù)警決策支持功能。可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、水資源管理、航運、防洪、環(huán)境保護等多個領(lǐng)域，服務(wù)于美麗中國、長江大保護的綠色發(fā)展目標。

問：與國家大科學裝置地球模擬器相比，長江模擬器在功能上有哪些不同?

長江模擬器以流域為研究對象，具有更高的空間分辨率、更快的時間響應(yīng)，以直接服務(wù)于流域生態(tài)文明建設(shè)為目標;長江模擬器的建成，有助于地球模擬器的計算成果應(yīng)用;兩大科學裝置協(xié)同運行，將有力促進中國地球科學的發(fā)展,提升中國地球科學研究的國際地位。

夏軍：2018年開始建設(shè)的地球模擬器大科學裝置，是目前國家唯一在建的地球科學大裝置。從2009年開始醞釀，到落地建設(shè)經(jīng)過了10年時間。地球模擬器起源于全球大氣和海洋環(huán)流模式，側(cè)重地球系統(tǒng)各圈層大尺度數(shù)值模擬，建設(shè)目標更趨向于超大數(shù)據(jù)科學運算設(shè)施和計算方法的研發(fā)。對流域的管理和調(diào)控而言，需與高分辨率的流域模擬器相結(jié)合，側(cè)重流域尺度陸表生態(tài)水文過程、河湖水動力過程和人類活動過程的模擬。

長江模擬器以流域為研究對象，具有更高的空間分辨率、更快的時間響應(yīng)，以直接服務(wù)于流域生態(tài)文明建設(shè)為目標。長江模擬器將在監(jiān)測監(jiān)控體系的建設(shè)、科學數(shù)據(jù)中心建設(shè)、集成現(xiàn)有科學研究成果和水環(huán)境水生態(tài)治理技術(shù)、公眾參與和公眾教育、科學研究與政府決策服務(wù)方面體現(xiàn)出與地球模擬器不同的特色。

長江模擬器的建成，有助于地球模擬器的計算成果應(yīng)用;地球模擬器可為長江模擬器提供更為精細和精確度更高的氣象水文輸入，從而提高長江模擬器的模擬精度。兩大科學裝置協(xié)同運行，將有力促進中國地球科學的發(fā)展，提升中國地球科學研究的國際地位。

問：長江模擬器如何把脈長江“前世今生”?

了解過去長江,再現(xiàn)長江流域水系產(chǎn)生和演化的過程;認識現(xiàn)在長江，對流域水系統(tǒng)進行實時監(jiān)測、評估、預(yù)警和調(diào)控，診斷問題成因、提出管理措施;展望未來長江，模擬預(yù)測水生態(tài)水環(huán)境演變趨勢，提出相應(yīng)調(diào)控對策和政策措施建議。

夏軍：長江模擬器以“了解過去長江、認識現(xiàn)在長江、展望未來長江”為其主要功能。

一是了解過去長江，即基于中生代以來的地質(zhì)歷史時期的考古、古地質(zhì)、古地貌、古氣候研究成果，再現(xiàn)長江流域水系產(chǎn)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。

二是認識現(xiàn)在長江，即通過建設(shè)流域水系統(tǒng)全面監(jiān)測監(jiān)控能力，發(fā)展流域水系統(tǒng)全面模擬能力，具備對流域水系統(tǒng)進行實時監(jiān)測、評估、預(yù)警和調(diào)控的能力。模擬再現(xiàn)近40年來的長江流域水環(huán)境水生態(tài)的演變過程，系統(tǒng)診斷流域水環(huán)境水生態(tài)問題的成因和機制，提出綜合調(diào)控策略和具體管理措施。

三是展望未來長江，即針對未來可能的氣候變化情景及社會經(jīng)濟發(fā)展情景，模擬預(yù)測不同情景下的流域水生態(tài)水環(huán)境演變趨勢。通過模擬分析不同綠色發(fā)展路徑下的流域綠色發(fā)展水平的時空差異，提出相應(yīng)的調(diào)控對策和政策措施建議。

問：長江模擬器的研發(fā)，在流域綜合管理中起到什么作用?

長江模擬器是科技創(chuàng)新支撐長江流域綜合管理的體現(xiàn)，是支撐綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的先進科學利器，將為流域水災(zāi)害預(yù)警、流域水環(huán)境水生態(tài)現(xiàn)狀評估、流域水資源和生態(tài)系統(tǒng)管理與調(diào)控提供有效科技手段，為流域長遠規(guī)劃、管理和應(yīng)對提供科學依據(jù)。

夏軍：通過建設(shè)長江模擬器，實現(xiàn)水循環(huán)、水環(huán)境、水生態(tài)和社會經(jīng)濟過程耦合模擬，集成創(chuàng)新流域水生態(tài)恢復和水環(huán)境治理技術(shù)體系，長江模擬器可以說是科技創(chuàng)新支撐長江流域綜合管理的體現(xiàn)。

長江模擬器建成后，將匯集長江上中下游的水文氣象、生態(tài)保護、城市建設(shè)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)水循環(huán)、水生態(tài)、水環(huán)境和經(jīng)濟社會多過程的耦合模擬，打造支撐綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的先進科學利器，促進全流域系統(tǒng)治理水平、綠色發(fā)展水平和生態(tài)文明水平提升，為國家生態(tài)文明建設(shè)作出戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和前瞻性貢獻。

長江模擬器建設(shè)涉及6個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括建設(shè)長江流域空天地一體化立體監(jiān)測系統(tǒng)，建設(shè)長江流域多源數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，研發(fā)長江流域水系統(tǒng)綜合模擬模型，建立長江流域綠色發(fā)展評估系統(tǒng)，建立長江流域生態(tài)文明公眾參與和教育平臺，建成科學研究與政府決策的溝通平臺。

長江模擬器的建成，將為流域水災(zāi)害預(yù)警、流域水環(huán)境水生態(tài)現(xiàn)狀評估、流域水資源和生態(tài)系統(tǒng)管理與調(diào)控提供有效科技手段,為流域長遠規(guī)劃、管理和應(yīng)對提供科學依據(jù)。

問：長江模擬器對于公眾認識了解長江，能夠傳遞哪些信息?

夏軍：公眾需求將以長江保護法的相關(guān)規(guī)定為出發(fā)點，在保障公眾的知情權(quán)和參與權(quán)方面，在公眾宣傳和公眾教育方面，長江模擬器結(jié)合支撐大河文明館建設(shè)，開發(fā)過去長江、現(xiàn)在長江、未來長江相應(yīng)的模塊展示功能，以網(wǎng)頁版和手機版的形式，滿足公眾認識長江、參與保護長江的需求。

問：長江模擬器的建設(shè)分幾步走?

2020—2021年，完成“過去長江”的部分功能展示、“現(xiàn)在長江”系統(tǒng)軟件、展示平臺等初步搭建，掛牌“美麗中國”項目示范基地，啟動建設(shè)廣陽島野外科學觀測站;2022—2023年，拓展長江模擬器科研功能，推進長江模擬器產(chǎn)業(yè)應(yīng)用;2024—2030年，拓展完善基礎(chǔ)設(shè)施和功能和長江模擬器產(chǎn)業(yè)運用。

夏軍：長江模擬器裝置分三期進行，計劃用10年時間完成全部建設(shè)任務(wù)。

2020—2021年，將現(xiàn)有研究成果與智慧廣陽島、大河文明館建設(shè)結(jié)合，完成“過去長江”中長江流域相關(guān)的古地理、古氣候等功能展示，完成“現(xiàn)在長江”系統(tǒng)軟件的初步開發(fā)、計算平臺的建設(shè)、展示平臺的初步搭建，模擬長江干流湖庫-岸線城市群的水生態(tài)水環(huán)境現(xiàn)狀，掛牌“”美麗中國”項目示范基地。同時，啟動建設(shè)廣陽島野外科學觀測站，為長江模擬器運行提供長期數(shù)據(jù)服務(wù)。

2022—2023年，首先是拓展長江模擬器科研功能。完善“過去長江”中長江形成過程、長江流域文明誕生與演化等模塊功能，完成流域侵蝕模型及水生生物多樣評估模型研制、“現(xiàn)在長江”中長江流域野外實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和“未來長江”的模擬、模型開發(fā)，投入運行廣陽島野外科學觀測站。其次是推進長江模擬器產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。推進與行業(yè)管理部門、科研機構(gòu)、科技企業(yè)的成果共享和相互促進，以“政產(chǎn)研學用”創(chuàng)新加快產(chǎn)業(yè)化進程，衍生孵化具有產(chǎn)業(yè)化前景的產(chǎn)品、技術(shù)或服務(wù)，發(fā)揮好科技支撐弓|領(lǐng)作用。

2024—2030年，對標國家重大科學基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要求和長江流域治理的需求變化，拓展完善基礎(chǔ)設(shè)施和功能，持續(xù)推動長江流域水系統(tǒng)科學研究水平的提升，在流域系統(tǒng)治理和生態(tài)修復中充分發(fā)揮作用,努力將長江模擬器建設(shè)成為國家大科學裝置;拓展長江模擬器產(chǎn)業(yè)運用，打造生態(tài)監(jiān)測設(shè)施研發(fā)與生產(chǎn)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與技術(shù)服務(wù)、流域系統(tǒng)診斷與評估服務(wù)、流域生態(tài)修復治理技術(shù)服務(wù)和流域產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃咨詢服務(wù)為一體的長江模擬器特色科創(chuàng)產(chǎn)業(yè)園。