随着气候变化和人类活动影响，大范围、长历时、高强度特大干旱的监测预警、风险评估和综合应对已经逐步成为干旱研究的重要命题。本研究通过多学科交叉融合，发展新一代特大干旱立体监测原理和系统装备，提升多尺度特大干旱预测的精度，识别特大干旱的形成及演变机理，研发考虑时空连续且耦合自然侧和社会侧干旱特性的特大干旱诊断标准与技术，揭示特大干旱下水源调控机制，针对特大干旱建立智慧调控技术和支持系统，为特大干旱研究与实践决策提供新思路、新方法和新技术手段。
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1985-1989 大连理工大学 水利工程
1989-1996 大连理工大学 水资源开发利用 1996年至今，中国水利水电科学研究院 中国水利水电科学研究院水资源研究所水资源调度与信息研究室主任，水利部国家水资源监控能力建设项目办公室总工程师，水利部国家水资源管理系统建设项目领导小组办公室成员、国家自然科学基金“流域水循环模拟与调控”创新研究群体成员、“流域水循环模拟与调控”国家重点实验室骨干成员。曾获大禹水利科学技术奖、中国电力科学技术奖、国家教委科技进步奖，以及水利部第五届水利青年科技英才、全国水利技术监督工作先进个人等奖励。
1 研究概述 29
1.1 项目背景 29
1.2 项目研究目标及研究内容 31
1.2.1 项目目标 31
1.2.2 关键科学问题 32
1.2.3 关键技术 33
1.2.4 主要研究内容 35
1.3 主要研究进展 36
2 大范围大深度土壤水分连续精准监测研究 37
2.1 高分辨率表层土壤水分连续监测原理与技术研究 37
2.1.1 多源遥感数据土壤表层水分反演技术研究 37
2.1.2 多源遥感数据土壤水分协同监测原理与融合技术 46
2.2 大深度土壤水分运移原理与时空连续模拟技术研究 60
2.2.1 大深度大范围土壤水分时空连续模拟技术研究 60
2.2.2 单点土壤水分模拟的可行性验证 68
2.3 大深度土壤水分精准监测设备研制 77
2.3.1 基于多射频频率技术的FDR管式大深度土壤水分监测设备研制 77
2.3.2 盐分修正技术校准土壤水分监测的研究 87
2.3.3 浅表层土壤水分监测设备的方案设计 90
2.4 天地协同的土壤水分多源数据同化技术研发 93
2.4.1 高空间分辨率气象强迫数据制备研究 93
2.4.2 现有土壤水分产品精度评价 96
2.4.3 土壤水分微波产品降尺度研究 98
2.4.4 基于CLM开展土壤水分陆面模拟研究 103
2.5 大范围大深度土壤水分精准监测系统集成与示范应用 105
2.5.1 总体集成框架 105
2.5.2 多源土壤水分监测数据精准同化研究与示范应用 106
2.5.3 SMAR模型云南地区示范应用 123
2.6 小结 131
3 干旱期来水与需水演变规律研究 133
3.1 干旱期的来水变化规律 133
3.1.1 区域干旱期径流成分分析 134
3.1.2 云南省历史干旱调查分析 138
3.2 滇中示范区干旱期需水演变特征研究 145
3.2.1 人口趋势分析 146
3.2.2 社会经济发展趋势分析 148
3.2.3 滇中地区用水量多年时空变化规律 149
3.3 楚雄州示范区用水演变特征与驱动力分析 152
3.3.1 楚雄州用水结构分析 152
3.3.2 楚雄州用水结构演变驱动力因子分析 159
3.4 小结 165
4 干旱期来水预测预报研究 166
4.1 基于数值模式的多尺度气象要素集合预报技术研发 166
4.1.1 面向短期气象预报的动力降尺度方法构建 166
4.1.2 面向多尺度气象预报的统计降尺度方法构建 177
4.2 面向特大干旱的土壤水模拟预报技术研发 190
4.2.1 特大干旱水情数据整编 190
4.2.2 特大干旱条件下土壤水预报的可预报性来源诊断 190
4.2.3 特大干旱下土壤水多尺度精准预报 194
4.3 面向特大干旱的低枯流量预报技术研发 199
4.3.1 径流模拟与低枯流量预报实时校正模型 199
4.3.2 基于LSTM的低枯流量预报技术 204
4.3.3 基于LSTM和退水曲线的低枯流量预报技术改进 212
4.4 面向特大干旱的地下水预测预报技术 216
4.4.1 面向特大干旱的地下水储量预测预报模型构建 216
4.4.2 地下水储量预测预报结果评估标准 219
4.4.3 应用案例 220
4.5 小结 232
5 特大干旱精准诊断与风险评估研究 234
5.1 干旱多影响要素的交互作用关系与作用机理 234
5.1.1 多影响要素间关联分析 235
5.1.2 多影响要素间互馈关系分析 237
5.1.3 多影响要素间互馈强度及动态特征 237
5.1.4 多影响要素间互馈关系及交互作用的驱动力分析 240
5.1.5 多影响要素间互馈关系的尺度效应 242
5.2 多系统交互作用下特大干旱形成与演变机理 245
5.2.1 多系统交互作用下特大干旱形成机理解析 245
5.2.2 特大干旱事件演变机理解析 251
5.2.3 滇中地区特大干旱演变特征 253
5.2.4 滇中地区特大干旱的传播特征及影响因素 258
5.3 多时空尺度特大干旱的精准诊断技术及应用 267
5.3.1 特大干旱初步诊断和确定性诊断 267
5.3.2 典型区验证——云南省 273
5.3.3 典型区验证——华北地区 280
5.3.4 典型区验证—长江流域 283
5.3.5 特大干旱诊断技术应用的合理性分析 286
5.3.6 特大干旱诊断标准草稿 290
5.4 特大干旱胁迫下生态系统风险评估技术研究与应用 301
5.4.1 特大干旱胁迫下生态系统风险评估技术 301
5.4.2 楚雄州生态干旱风险评估及预报 307
5.5 特大干旱胁迫下社会经济干旱风险评估 312
5.5.1 特大干旱胁迫下社会经济干旱风险评估技术 312
5.5.2 楚雄州社会经济干旱风险评估 317
5.6 小结 335
6 特大干旱条件下区域抗旱水源配置与用水极限控制研究 338
6.1 特大干旱情景下基于可控破坏原则的供需水极限调控理论 338
6.1.1 特大干旱条件下供用水系统特点分析 338
6.1.2 特大干旱条件下供用水系统可控破坏概念及内涵解析 346
6.1.3 基于可控破坏的供用水系统极限调控理论分析 349
6.2 抗旱水源系统极限供水评估技术 353
6.2.1 区域抗旱水源系统组成 353
6.2.3 特大干旱条件下极限供水能力评估方法 356
6.2.4 楚雄州抗旱应急水源极限挖潜供水能力评估 366
6.3 特大干旱情景下用水对象分级保障阈值与极限控制技术 369
6.3.1 基本概念解析 369
6.3.2 生活极限用水调控阈值 370
6.3.3 工业极限用水调控阈值 379
6.3.4 农业极限用水调控阈值 387
6.3.5 河流生态极限用水调控阈值 390
6.3.6 不同配置情景下的用水压缩比例 394
6.4 特大干旱情景下区域抗旱水源配置技术 396
6.4.1 配置规则 396
6.4.2 特大干旱条件下抗旱水源优化配置模型构建 396
6.4.3 抗旱水源配置最优模式推选 401
6.4.4 特大干旱情景下楚雄州抗旱水源配置研究 405
6.5 特大干旱情景下供需水极限调控技术 410
6.5.1供用水系统极限调控措施分析 411
6.5.2 供需水系统相互影响关系及调控策略分析技术 420
6.5.3 供需水系统极限调控破坏度评价及可控破坏判别方法 437
6.5.4 供需水系统极限调控方案协同度评价方法 450
6.6 小结 457
7 面向特大干旱的旱限（警）水位确定技术研究 459
7.1 供需双侧极限平衡的旱限（警）水位控制理论研究 459
7.1.1 旱限（警）水位概念内涵与表征指标 459
7.1.2 旱限水位与水资源供需双侧极限平衡的关联机制 462
7.1.3 旱限水位控制策略及触发机制 470
7.2 江河湖库和地下水旱限（警）水位确定技术 474
7.2.1 总体技术体系 474
7.2.2 江河断面旱限（警）水位（流量）确定技术 476
7.2.3 水库旱限（警）水位确定技术 480
7.2.4 湖泊旱限（警）水位确定技术 488
7.2.5 地下水旱限（警）水位确定技术 491
7.2.6 承压水旱限（警）水位等级确定 494
7.3 示范应用 494
7.3.1 云南省试点应用 494
7.3.2 河北省示范应用 499
7.4 小结 508
8 应对特大干旱的抗旱应急智慧调度技术及系统平台研究 510
8.1 应对特大干旱的抗旱应急调度技术机制 510
8.1.1 耦合多元预报信息的实时水库抗旱优化调度模型研究 513
8.1.2 耦合多时空尺度水文气象观测信息的水利工程群抗旱调度技术 522
8.2 应对特大干旱的水利工程群智慧调度系统总体设计 539
8.2.1 需求分析 539
8.2.2 平台总体架构 542
8.2.3 数据支撑平台 543
8.2.4 模型管理平台 548
8.2.5 业务应用平台 553
8.3 应对特大干旱的长江流域水利工程群智慧调度系统开发 555
8.3.1 长江流域水利工程群抗旱智慧调度系统设计 555
8.3.2 面向2022年长江干旱的系统应用 564
8.4 应对特大干旱的云南滇中地区智慧调度系统开发与应用 582
8.4.1 干旱预警事件 582
8.4.2 监测告警 583
8.4.3 预报预警 589
8.4.4 成因分析 591
8.4.5 调度预演 592
8.5小结 595
9 总结与展望 597
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