如前所述,自从 1999 年实施“退耕还林还草”政策以来,黄河流域植被覆盖度显著增大,如此显著的植被变化会对整个流域的水循环产生怎样的影响?当前的黄河流域径流量的急剧减少与植被覆盖变化是否有关?目前,还缺乏从物理成因的角度去解释其形成机制的研究 。例如,近年来黄土高原输沙量的锐减与这个时段降水关系不大(降水在这个时段偏丰),其主要原因是人类活动改变了下垫面的植被覆盖,因为植被覆盖度的增加遏制了因降水产生的水土流失,减少了输入河流的泥沙 。然而,在泥沙锐减的同时,流域内的产流也急剧减少,形成了黄河流域特有的水沙矛盾;而植被覆盖的增加也增大了下垫面的植被蒸腾,进而引起土壤中水分的减少和黄土中干土层的加厚,导致土壤中水分的供需不平衡 。另外,产流占比整个流域35%的黄河源区由于地处青藏高原,下垫面十分复杂,对气候变暖响应敏感,不同区域的气温、降水及其影响下积雪、冻土、植被等地表过程的变化及其对区域水文过程与水资源的影响存在着明显的差异 。在气候暖干化、径流急剧减少和人类用水不断增加的背景下,如何厘清上述科学问题背后的机制和机理,是实现黄河流域生态保护和高质量发展所面临的重大挑战 。
黄河流域生态保护和高质量发展的思考
综上所述,在全球增暖和人类活动的共同影响下,黄河流域的气候及水文过程发生了显著的变化,中下游气候的暖干化、流域径流量的大幅减少、极端气候事件的增多、植被改善但土壤水分减小和土壤干层不断加厚等已成为黄河流域生态保护和实现高质量发展所面临的主要问题 。从科学研究的层面来讲,黄河流域生态保护和高质量发展是涉及多学科交叉的复杂问题 。然而,已有的研究尚不具备足以支撑黄河流域生态保护和高质量发展的科学基础 。***总书记 2019 年 9 月18日的讲话已经把黄河流域生态保护及高质量发展提升为国家战略,其核心目标有: 加强生态保护;保障黄河长治久安;推进水资源节约集约利用;推动黄河流域高质量发展;保护、传承、弘扬黄河文化 。要实现这些战略目标,亟待对以下 5 个基础科技问题开展研究 。
【黄河特点 黄河特点描述作文】建立黄河流域水-土-气-生综合观测协同网络并实现数据共享 。过去在黄河流域进行了大量的观测实验研究,如黄河源区的水-土-气-生观测试验、黄土高原的小流域观测试验等,也积累了丰富数据 。但这些研究大部分都是各自为政,未能构建起从黄河流域水-土-气-生相互作用角度出发的长期连续的国家综合观测网络,难以实现不同学科之间数据的共享 。这极大地限制了相关科学研究工作的进展,也对国家的科技投资造成了极大浪费 。因此,开展黄河流域生态保护基础科学问题的研究,建立黄河流域水-土-气-生综合观测协同网络并实现数据共享是当务之急 。
发展高分辨率流域气候-水文-生态-人类社会经济耦合模式 。过去对黄河流域的研究已经取得了丰富的成果和长足的进展,但从地球系统科学的角度进行的多圈层相互作用研究还很薄弱,区域高分辨率地球系统模式在流域尺度还没有得到很好的研究和应用 。因此,在水-土-气-生的相互作用过程取得新认识的基础上,发展高分辨率流域气候-水文-生态-社会经济耦合模式,将为在黄河流域开展“气候-水-生态-社会经济系统机制”研究提供有效工具 。
气候-水-生态-人类社会经济的协同发展机制研究 。黄河流域生态保护和高质量发展的核心是气候-水-生态-人类社会的协同发展 。保障这种协同发展,需要利用流域高分辨的水-土-气-生相互耦合的模式进行定量评估和综合分析,厘清不同过程之间的相互协同机制,提出协同的最优方案 。
未来10—50年黄河流域气候变化的情景预估及可能影响 。在充分认识气候-水-生态-人类社会协同机制和协同最优方案的基础上,利用发展完善的耦合模式开展未来 10—50 年黄河流域气候变化的情景预估,既是制定未来黄河流域生态保护和高质量战略规划科学基础的重要组成部分,也是主动应对气候变化的有效途径 。
探索黄河流域动态分水方案和水资源节约集约利用的关键技术 。气候呈暖干化是实现黄河流域水资源可持续利用的不利因素 。黄河流域水资源年际变化差异大,且存在明显的径流减少趋势 。因此,需要探索流域动态的水资源管理方案,以应对黄河流域水资源供需矛盾突出的严峻挑战 。此外,流域的节约用水也是一个永恒的话题 。应在气候时间尺度上,把未来水资源的可能情景作为刚性约束,大力发展行业节水的关键技术,实施全社会节水,推动用水方式由粗放向节约集约转变,以期为黄河流域的高质量发展提供最基础、最关键和最重要的水资源保障 。(作者:马柱国、符淙斌、周天军、严中伟、李明星、郑子彦、陈亮、吕美霞,中国科学院大气物理研究所、中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室 。《中国科学院院刊》供稿)
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