数据与机理驱动的干旱演化监测模拟与动态评估关键技术及应用
获奖名称: 数据与机理驱动的干旱演化监测模拟与动态评估关键技术及应用
获奖等级: 二等奖
获奖类别: 地理信息科技进步奖
授奖单位: 中国地理信息产业协会
完成单位: ，中国长江三峡集团有限公司，华中农业大学，中国水利水电科学研究院，
获奖年度: 2023
获奖人员: 李 喆，梁犁丽 ，向大享， 曾玲琳， 冶运涛， 崔长露 ，曹 引， 姜 莹， 陈 喆， 陈希炽 ，赵 静， 杨 波，
成果简介:近年来，全球气候变化导致高强度、长历时、大范围的极端干旱事件发生频率逐渐增高。2022年，我国长江流域遭遇1961年以来最严重的气象水文干旱事件，旱灾社会影响日益凸显，急需构建干旱防灾减灾“四预”体系。极端干旱、旱涝急转、骤旱等灾害事件有很强的空间变异性，要在区域尺度上进行精准化描述，对干旱的诊断分析提出了更高的定量化要求，也为干旱防御带来了新的方向。 本项目由 牵头，联合中国长江三峡集团有限公司、华中农业大学、中国水利水电科学研究院共同完成。依托国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国工程院重大项目、水利部公益性行业专项和广西自治区科技专项等项目，针对大范围干旱演化动态跟踪监测、旱情变化精准描述、旱灾评估准确可靠等应用需求，构建了干旱演化“监测-模拟-评估”全链路成套技术，补齐了旱情感知监测评估智能化短板，提升了旱灾防御能力。取得标准2项，出版科技专著6部，授权国家专利19项，发表论文63篇（SCI/EI论文35篇），获得软件著作权登记证书8项，入选水利先进实用技术推广清单1项，1篇研究生学位论文获中国水利水电科学研究院优秀博士学位论文。 科学技术部西南信息中心（国家一级科技查新咨询单位）出具的科技查新报告指出：“未见有与查新点相同的国内外公开文献报道。”中国科学院/中国工程院李德仁院士、中国工程院王浩院士、水利部水旱灾害防御司成福云二级巡视员等专家认为，成果达到了国际领先水平。科技成果评价结论：“整体达到国际先进水平，其中作物物候期遥感估计技术、干旱演化精准模拟模型、旱情全链路动态评估技术体系处于国际领先水平”。 创新点1：多源遥感卫星组网协同的干旱过程立体监测技术 构建了多源遥感卫星组网、主被动协同和农学物候期融合的干旱演化过程高时空分辨率立体监测技术，量化了干旱“发生-发展-消亡”不同阶段转化阈值，实现了土壤水分高时空分辨率反演及农作物物候高精度监测，有效地解决了多云、气候变化剧烈区的长时序大范围干旱监测和农业估产的问题。 其中，根区土壤湿度和作物物候期遥感估计技术处于国际领先水平。根区土壤湿度遥感估计技术结合地表能量平衡方程和机器学习方法，建立了区域尺度上植被根区土壤湿度估计模型，突破了传统微波遥感数据空间分辨率低且只能获取表层土壤（0-5cm）深度湿度信息的限制，实现了区域尺度上作物根区高空间分辨率（1km）、多层深（0-80cm）土壤水分遥感高精度估计。作物物候期遥感估计技术首次实现了基于非完整生长周期时序数据的玉米农学物候期实时估计，区域尺度平均估计精度提高了18.6%，被广泛用于农业、林业、生态等领域，以及多种全球/国家尺度物候数据产品制作。研究论文入选ESI高被引论文和热点论文，以及遥感顶刊"环境遥感RSE”2020年以来引用量最高的10篇论文之一。 创新点2：基于“自然-社会”水循环的分布式干旱演化精准模拟技术 利用“自然－社会”二元水循环理论解析流域干旱形成演化机理，构建了能够精准描述“降水-融雪-土壤水-产流-汇流-演进-取水-用水”关系的分布式干旱演化全过程模拟模型，通过增加社会水循环作为侧支循环，可推演农业干旱、水文干旱、社会经济干旱和生态干旱，填补了强人类活动下干旱过程高精度模拟推演的空白。 其中，干旱演化精准模拟模型处于国际领先水平。通过引入融雪模块、增加人工侧支循环等方式，改进了传统以自然水循环为主的分布式水文模型，使评估区域整体旱情模拟精度大大提高（Nash系数>0.9），显著增强了模型在内陆河流域的适应性。成果入选中国知网学术精要（2022年10-11月）高影响力论文，《中国水利水电科学研究院学报》网站下载长期排名第1位；获中国水利学会2018年度学会优秀论文和《遥感学报》优秀论文。 创新点3：遥感数据和机理模型混合驱动的旱情全链条动态定量评估技术 针对“干旱跟踪-旱情风险-旱灾损失-抗旱效益”应用需求，提出了旱情全链路动态评估技术体系，形成了多类型多维干旱评估指标，构建了基于模糊-最大理论的干旱综合评估模型，显著提高了旱灾的科学防御与风险管理水平。 其中，旱情全链路动态评估处于国际领先水平。首次构建了基于模糊-最大熵理论的干旱全链路综合评估模型，评估体系扩展至四大类型十个指标，提出了基于水资源供需平衡和合理配置的内陆河流域干旱风险管理模式框架与管理、预警措施，为流域旱情监测、预警预防提供了有力支撑。成果获中国水利水电科学研究院优秀博士学位论文。 成果被中央财经委员会、水利部、应急管理部、科技部等采纳，为国家重大科技计划部署、水利部水旱灾害防御重大战略实施、2022年长江流域干旱事件应对以及流域、区域干旱防御提供了技术支撑；在长江、黄河等流域和新疆、湖北、广西等省份抗旱实践中得到应用，培训了各级技术人员500余人次，在旱情早期预警、过程监测及灾损评估中发挥了重要作用，提高了旱灾防御与风险管理水平，经济效益累计超过5.5亿元，具有广阔的推广应用前景。
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