近日，依托“十四五”国家重点研发计划“特大干旱精准诊断与应急水源智慧调度技术装备”项目重要成果撰写的学术专著《特大干旱诊断与应对》正式出版。该书由蒋云钟、严子奇、贾绍凤、杨汉波、畅建霞、吴泽宁等共同撰写，科学出版社出版（ISBN 978-7-03-080006-0）。本书系统总结了项目组在特大干旱诊断与应对方面的理论方法研究成果。

图1 《特大干旱诊断与应对》

干旱是影响我国供水安全、粮食安全、生态安全和经济社会稳定的重大自然灾害。近年来，在气候变化和人类活动共同影响下，极端干旱事件呈现范围更广、历时更长、强度更高、影响更深的趋势。面向国家特大干旱应对重大需求，在国家重点研发计划支持下，由中国水利水电科学研究院蒋云钟副院长牵头，中国科学院地理科学与资源研究所、清华大学、西安理工大学、郑州大学、应急管理部国家自然灾害防治研究院、大连理工大学、长江水利委员会长江科学院、云南省水利水电勘测设计研究院、东方智感（浙江）科技股份有限公司等10家单位协同攻关，围绕特大干旱“监测—预报—诊断—调控”全过程防御链条，形成了3项基础理论、6项关键技术、2套系统装备成果，构建了支撑特大干旱精准诊断与应急水源智慧调度的成套科技体系，为提升我国特大干旱主动防御能力提供了重要支撑。本项目已于2025年4月通过综合绩效评价。

图1 总体研究思路

主要创新成果如下：

1、提出了特大干旱监测、演变与调控等三大基础理论

（1）大范围大深度土壤水分连续监测原理。揭示了多源遥感表层土壤水分监测协同机制、土壤水盐垂向运移对深层土壤水分监测的影响机制，构建了遥感观测、地面监测与陆面模型同化相结合的立体监测协同机制，为区域旱情精细感知提供理论支撑。

图2 大范围大深度土壤水分监测院里

（2）多系统交互作用下特大干旱形成及演变机理。从海洋圈、大气圈、陆面过程和水文循环多系统耦合出发，阐明“气候信号异常—环流异常—陆气水文过程变异—特大干旱”的形成路径，揭示不同类型干旱之间的互馈关系和演变规律。

图3 干旱多影响要素交互作用

（3）特大干旱情景下区域供需水极限调控机制。提出供需水调控系统“可控破坏”的概念、分类和数学表征，构建供需水极限调控模式、损失曲线和刚性需水保障规则，为极端缺水情景下应急水源启用、用水分级控制和供需双向调控提供理论依据。

图4 供需水双向调控可控破坏数学表达

2.提出了特大干旱全过程防御六项关键技术

（1）大范围大深度土壤水分连续精准监测技术。研发高分卫星、多源光学遥感、主动微波反演、地面站点和陆面数据同化协同方法，提高国产卫星土壤水分反演和深层土壤水分连续监测能力。

图5 大范围大深度土壤水分监测技术框架

（2）候、旬和月尺度干旱期来水与需水精准预测预报技术。融合数值模式、深度学习和水文物理过程模型，形成候、旬、月尺度来水预报与分层需水预测方法，提升干旱期水资源供需变化预见能力。

图6 干旱期多尺度来水、需水精准预报

（3）多时空尺度特大干旱精准诊断与风险评估技术。提出“自然侧诊断—社会侧诊断—综合诊断”递进式诊断方法，构建生态系统和社会经济系统干旱风险动态评估技术，提高特大干旱风险识别、影响判别和动态评估能力。

图7 特大干旱诊断技术框架

（4）应对特大干旱的区域抗旱水源配置与用水极限控制技术。建立常规水源与应急抗旱水源极限供水能力评估、不同水源启用策略、用水对象分级保障阈值和抗旱水源优化配置模型，支撑极端缺水条件下刚性需水保障。

图8 抗旱水源配置与用水极限调控

（5）旱限（警）水位控制理论及确定技术。解析旱限（警）水位内涵和供需双侧极限平衡关系，形成面向江河控制断面、水库、湖泊和地下水等对象的旱限（警）水位确定方法。

图9 面向特大干旱的旱限（警）水位确定技术

（6）水利工程群特大干旱应急水量智慧调度技术。建立旱限水位风险对冲规则、关键水源识别和大中小微水利工程群协同调控机制，形成耦合多元预报信息的实时抗旱优化调度模型。

图10 大中小微工程区联合调度机制框架

3、研发了旱情监测与智慧调度两套系统装备

（1）大范围大深度土壤水分连续精准监测系统装备。集成国产卫星遥感、地面土壤水分监测设备、陆面过程模型和数据同化技术，可实现不小于10万平方公里范围、不小于1米深度、16米×16米空间分辨率和1日时间分辨率的土壤水分连续精准监测，为区域旱情识别、过程追踪和诊断评估提供连续数据底座。

图11大范围大深度土壤水分监测设备和软件系统

（2）面向特大干旱的水利工程群智慧调度系统平台。集成数据源配置、数据规范处理、模型耦合集成、来水预报、需水预测、旱限水位、风险诊断和工程调度等功能，支撑联合调度、方案推演和应急水源优化配置。系统通过多源数据接入、模型动态调用和调度方案比选，实现旱情监测预报、风险研判与水源调配的业务化衔接，为流域和区域特大干旱应急调度提供智能化决策支撑。

图12 抗旱智慧调度系统平台（云南滇中、长江流域）

4、开展了多场景示范应用

研究成果已在西南地区、华北地区和长江流域开展示范应用，并在典型干旱应对实践中发挥支撑作用。在云南省楚雄州，2024年1月-2024年6月，正值云南省遭遇特大干旱，楚雄州降水偏少27%，开展了连续6个月真实干旱场景下的旱情滚动监测预报、诊断评估和调度推演，形成抗旱建议、专报、旬/月报等系列成果，服务地方抗旱会商、水量调度和防御决策；在长江流域，围绕2022年流域性干旱开展旱情趋势预测及调度推演分析，先后向水利部、应急管理部提交两期抗旱应对建议，为抗旱调度方案演练和会商决策提供了技术支撑；在华北地区，开展了土壤水分监测、地下水储量预测、旱情动态诊断及江河湖库和地下水旱限水位确定，支撑干旱监测预警、水量配置调度的等实践工作。相关成果已被云南省水利厅、河北省水利厅、水利部长江水利委员会水旱灾害防御局、楚雄彝族自治州水务局等部门采纳应用，体现了“基础理论—关键技术—系统装备—业务应用”全链条创新特色，为流域和地方干旱防御决策提供了可复制、可推广的科技支撑范式。

（水资源所供稿）