国际前沿研究

二、国际前沿研究

由于水圈和水资源对人类生产生活的重要意义，关于它们的研究一直是国际上的热点。国际上水的研究动向，主要是全球尺度的研究。近10年来，一系列的全球性研究计划相继提出，如世界气候计划、环境大气计划、国际地球物理年、国际水文计划、国际生态计划、国际岩石圈计划、人与生物圈计划、全球环境变化的人文科学研究计划(HDP)、国际地圈与生物圈计划(IGBP)及国际减灾十年等；尤其是人与生物圈计划、国际地圈与生物圈计划、国际减灾十年以及HDP计划的开展，通过全球尺度的研究，更加丰富了人与水关系的研究内容，各种计划的交叉与联系，将促进人们对人地关系、人水关系的理解。

地球上空间尺度的水文循环仍将是水文科学研究的基本问题。由于人口膨胀和社会经济的发展，水文循环的自然过程不断受到人类活动的干扰。主要的人类活动影响可归结为两大方面：

(1)与土地利用有关的人类活动。这类活动多属对水文循环的直接影响。例如，森林采伐、开荒耕种、放牧、湖泊围垦、沼泽疏干、兴建堤坝水库、拦河引水、农田灌溉、工矿交通建筑、城市化等。所有这些活动均会改变陆地水文循环过程。其影响的程度与规模呈正变关系。其影响的范围多数是局地性的，但随时间逐渐扩展。

(2)与影响气候变化有关的人类活动。这里主要是指CO₂与其他温室气体如CH₄，N₂O等的排放。温室气体的释放是全球性的，它会使全球气温升高，出现全球增暖的效应。因此，随着世界各国使用化石燃料的增加，会造成全球温度上升，改变各地的气温与降水，从而改变水循环。显然，气候增暖的影响具有更加广泛的尺度。全球温度增加必然改变水情。对这种改变的探讨，其理论基础是水文循环的研究。

1.国际前沿研究

涉及全球资源环境研究的计划很多。这里仅介绍与水文循环关系密切的国际计划。

①1985年，国际科联(ICSU)及其环境问题科学委员会(SCOPE)提出了气候影响评价，启示了气候对水文影响的研究。

②1986年ICSU开始建立国际地圈、生物圈计划，1992年确定6个核心项目，其中包括水文循环的生物圈方面(BAHC)。根据IGBP报告No.28提出的1994～1998年的工作计划，BAHC共设4个关键课题。

③1987年世界气象组织(WMO)提出了“水资源对未来与现在气候变化的敏感性”，注意到水资源变化。

④1989年，美国出版了《气候变化与气候变率对水资源影响》的专著。

⑤1990年以后，世界气候研究计划(WCRP)开展“全球能量与水循环实验”计划(GEWEX)。这是与BAHC计划相对应的国际研究计划，WCRP与IGBP都是在20世纪90年代兴起具有前沿性的水文循环研究。GEWEX与BAHC不同，GEWEX是大尺度的。前者从全球气候的角度出发研究水循环，后者更多地从生态学的角度研究水循环，GEWEX与BAHC并不相悖，可以形成互补。

2.全球能量与水循环实验(GEWEX)

GEWEX研究经历了从1991～1993年的准备阶段，于1994年开始实施，其主要内容是GEWEX的大尺度水文研究，总的项目名称为：“GCIP”即GEWEX大陆尺度国际研究。GCIP由美国提出，在华盛顿设有国际GEWEX项目办公室。除了美国的GCIP下属研究课题外，其他大陆的研究是：

①亚洲：GAMEA(亚洲季风实验)。

②欧洲：BALTEX(巴尔干试验)。

③南美洲：LAMBADA(亚马孙河大气水分平衡)。

④北美洲(加)：MAGS(麦肯色GEWEX研究)。

GEWEX的新意，除了“全球”外，就热、水条件的研究而言，即为我国黄秉维所提出的热、水平衡的研究。

至于宏观研究，则表现在研究的空间与时间尺度上的宏观性，如全球或大陆尺度的水文模型。能量与水循环的各个要素，如水汽与水汽通量；降水量、蒸发量与径流量；地表蓄水量；太阳短波辐射量与反射辐射量、长波辐射量、净辐射量、显热与潜热交换；土壤与大气蒸发量等，均受气象与地面条件变化的制约，人类活动必然造成对这些要素的影响，如何在对能量与水循环深刻理解的基础上，对这些要素进行控制，乃是人类智能之所在。

3.水文循环的生物圈方面(BAHC)

1995年后，国际地圈、生物圈计划(IGBP)开始了它的核心项目“水文循环的生物圈方面”，即BAHC计划(Biospheric Aspects of Hydrological Cycle)，业已得到世界各国政府的大力支持和水文学者、生态学者和大气动力学者及气候学者的积极响应。与“全球能量和水循环试验(GEWEX)”等项目不同，这是一项专门侧重于水文学与地圈、生物圈和全球变化交互作用的研究。BAHC计划的实施将提供对陆面过程以及植被与水文循环相互作用过程的深入了解。对陆面生态、水文过程的深入研究，无疑对评估全球变化对淡水资源的影响、人类对生物圈的影响以及评估它们对地球可居住性的影响具有十分重要的意义。同时，BAHC计划强调科学研究为社会服务的宗旨。通过对水文循环的生物控制和它们在气候、水文和环境中的相互作用，认识对陆面生态系统改变的影响，认识气候变化和人类活动对区域国民经济和社会可持续发展的影响，保护我们的环境。

BAHC计划的两项根本任务是：

①通过野外观测，确定生物圈对水文循环的控制，发展由小块植被到大气环境模式(GCM)网格单元时、空尺度上的土壤—植被—大气系统中能量和水通量模式。

②建立能被用于描述生物圈与地球物理系统间相互作用，以及能被用于验证这类相互作用模拟结果的数据库。

目前国际上对BAHC的研究侧重于以下四个专题：

第一专题——一维土壤—植被—大气传输模型的发展、检验和验证。该专题的主要目标在于研究土壤—植被—大气界面能量、水分和痕量气体(如CO₂)的垂直交换过程，以及它们对有关地表特征(即土壤、植被、气候、水文等)的依赖关系。

第二专题——陆面特征与通量的区域尺度研究：实验、解释和模拟。该专题的目标是将实验小区尺度生态变化过程的模拟分析推广到考虑陆面地貌和不均匀分布的空间尺度，提供陆面与大气相互作用的量化模拟。

第三专题——生物圈—水圈相互作用的全球多样性：时、空综合。该专题是从更大尺度和模式耦合的基础上，探讨生物圈与水圈相互作用的时、空变异性，旨在更好地了解气候、水文、生态系统之间复杂多样的相互作用关系，建立生物圈和陆地生态系统长期的动态模拟模型。

第四专题——天气发生器计划。具体说，专题四研究的问题是如何在宏观尺度的GCMs模型或中观尺度有限区域天气动力学模型与局部尺度的流域水文模型之间耦合中，嵌入一个可聚解的即向下标度化(downscaling)的天气模型，为小尺度的水文生态模型、水文水资源模型提供气候和天气变化信息。

4.全球水文学

通过20世纪90年代后半期BAHC与GEWEX计划的实践将促进全球水文学科学体系的完善。研究内容可归纳为以下几个方面：

①在自然界和人类活动下的水循环。

②全球和大尺度水文要素的空间分布与时间序列的分析。

③探讨这些区域的水文要素变动的一般成因与统计规律。

④弄清径流变化的同步与非同步性地带。

⑤地球水文情势的古地理重建。

⑥地球水资源超长期(千年和上百年)预测及其对地球外壳发生过程演进的影响。

⑦研究自然水的相互关系和建立大区域水文情势控制管理的科学基础。

参考文献

［1］冯士？，李凤岐，李少菁编著．海洋科学导论［M］.北京：高等教育出版社，2004．

［2］曹志江.海洋荒漠化［J］.生物学教学，2001(9)：3-4．

［3］刘春杉.广东沿海海洋荒漠化的趋势及其原因［J］．海洋科学，2001(8)：52-54．