1.研究区域
湄公河流域以及东南亚国家长期以来是国际水资源和生态研究的“热点”区域，加之近年来经济发展迅速，导致水资源系统受到严重影响并导致如下相关问题不断受到关注：人口增长导致的粮食与电（特别是水电）的需求上升(Fant et al., 2016)；大规模水稻种植与高速城市化进程导致的土地利用变化与水资源冲突(Hauser et al., 2017)；低效能的农业灌溉对区域粮食安全与全球粮食供给造成潜在威胁(FAO, 2011)年季内的水资源短缺与洪涝灾害(Anond, 2011)；不充分的水资源管理与水利水电建设带来的生态系统恶化(Kong et al., 2017)；高砷地下水灌溉对人类健康与粮食安全的影响(My et al., 2017)；气候变化导致的极端水资源事件以及对粮食安全与环境污染造成的影响等(Tukimat et al., 2017)。
湄公河是东南亚内陆国家中最重要的河流。做为世界第十大河流，湄公河发源于青藏高原，向南途经中国境内三个省份后经过缅甸、老挝、泰国、柬埔寨，最后在越南境内汇入南海。湄公河流域面积七十九万五千平方公里，分为上下两部分。湄公河上游包括中国境内的青藏高原、三江地区、及澜沧江流域。下游包括北部高地（缅甸、泰国、老挝）、呵叻高原 （泰国）、洞里萨湖流域（柬埔寨）、湄公河三角洲 （越南）。湄公河年径流量大部分来自下游部分，上游部分贡献仅为20%左右，在旱季上游融水贡献可以超过24%。下游区域属热带季风气候，夏季平均气温在30°C 至 38°C，而冬季平均气温在15°C左右。年平均降雨东部高于西部。例如在老挝和柬埔寨，年平均降雨在3000 mm左右；而在泰国境内，则为1000-1600 mm。每年的六月至十一月为湄公河流域的汛期。与世界其它流域不同，洪涝灾害除了对农业生产与粮食安全造成威胁以外，同时造就了世界知名的湄公河淡水渔业。Shahzad (2014)综述了针对湄公河洪水预报的计算机模型, 例如SSARR以及URBS模型等。与洪水相比，干旱则对该流域有害无利。湄公河下游区域严重干旱频发，造成的损失也远高于洪水(International Water Management Institute, 2016)。
该区域对气候变化也极为敏感。根据未来20至30年的预测，湄公河流域降雨将增加13.5%，径流增加21%，气温将升高0.79°C (Mekong River Comission, 2016)。很多学者在该地区的研究也都给出了该地区在气候变化影响下将变得更加湿、热的结论(Kattelus et al., 2015; Västilä et al., 2010)。这将影响整个湄公河流域的生态及农业生产，进一步加剧了保障区域水资源安全的挑战。目前，该地区的应对措施主要是农业与区域水资源管理以及水灾害防治(International Centre for Environmental Management, 2014)。 湄公河对沿线国家居民的生产生活意义重大。仅湄公河下游就居住有6千万人口，其中40%居住在湄公河方圆15公里范围内。然而由于多方的水资源冲突，导致该区域的饮水与用电安全问题 (The Economist Intelligence Unit, 2017)。目前，该流域仍有20%的人口生活在贫困线以下。湄公河管委会（Mekong River Commission, 2016）正致力于多方合作的区域水资源联合管理。
农业生产对保证该区域粮食安全解决贫困问题至关重要。为解决防洪、土壤侵蚀并兼顾渔业养殖，水稻成为该地区的主要农作物，种植面积超过1,000万公顷。除此之外，木薯、甘蔗、大豆以及玉米也在区域内所以国家得到种植，但考虑到产量以及对区域粮食安全的贡献，种植面积远不及水稻。虽然个别区域粮食产量较高，例如越南三角洲地区，大部分地区的粮食生产都受到土壤贫瘠，以及水资源短缺的影响，特别是在柬埔寨，泰国东北部，老挝中部，以及越南的中部高地。因此，灌溉成为湄公河下游区域用水的主要用途，占整个区域用水的70%以上并以湄公河三角洲区域为主。目前整个湄公河下游区域内灌溉土地面积约为4百万公顷，并且在各个国家每年都有稳定的增长。未来该区域灌溉面积将如何变化，都会受到那些因素影响，相应水资源应该如何管理也得到了学者的关注与研究。
人口的增长带来的能源需求增加，加之考虑二氧化碳排放，使得水电成为该地区的重要能源来源。然而，湄公河下游区域对水电有着两种不同的声音。一方面，水电是清洁能源，丰富的水资源所带来的经济效益还可以帮助解决贫困问题。另一方面，水电项目也对当地的环境、渔业以及居民生活带来一定影响(Xu et al., 2009; Ziv et al., 2012)。
渔业是该区域的主要产业，同时也是该地区居民主要的蛋白质食物来源。在老挝，渔业产值占整个国家GDP的7%。而在柬埔寨，占比则高达12%，已经超过了水稻种植。同时，渔业的发展也带动了其它相关产业例如食品、零售业造船、渔具产业等。渔业对水资源的需求导致与农业灌溉、居民及工业用水间的激烈竞争。在区域人口不断增加的情况下，如何保障该地区渔业安全显得尤为重要。除此之外目前在该地区影响渔业的因素还有河道沉积物、水体污染、过渡捕捞、干旱等(Dudgeon, 2011)。
作为世界第十大河，湄公河孕育着丰富的自然资源，包括2万种植物，430种哺乳动物，1万2千种鸟类，800种爬行及两栖类动物，以及850种鱼类。其中，不乏很多濒危物种，例如湄公河巨鲶、短吻海豚等。然而，很多潜在的威胁包括密集的农业灌溉、施用农药、主河道上的发展建设（例如水库）、过度捕捞、以及不可预测的气候变化等使得湄公河流域的环境与生态存在很大的脆弱性及不确定性(Coates et al., 2003; Dugan et al., 2010)。
在湄公河下游地区，湄公河航运是该区域的主要交通运输方式。在越南，每年有73%的货物以及27%的旅客依靠水路运输。同时，做为联通中国与湄公河流域国家的纽带，航运对国际贸易与旅游也发挥着重要作用。然而，河道的狭窄与水流湍急的部分，泥沙沉积以及水位的变化对该地区航运造成很大的威胁(Manh et al., 2014)。相关国家也为保证航运安全采取很多举措，包括在危险河段提供安全帮助、签署国际协议提高航运效率等。同时可以以此减少航运事故所造成的河道污染。
目前，针对该湄公河与东南亚国家的水资源研究呈现多“供给、来水”侧的自然水文系统研究(Hasson et al., 2013; Räsänen et al., 2017; Schubert et al., 2017)，少“需求、用水”侧的社会经济系统研究(Li et al., 2017)，特别是缺少自然-人文耦合系统的研究。在人类活动日益加剧，气候变化趋势尚不明朗等多种不确定情况下，该地区自然与人文这两大相互依托的系统，如何相互影响，背后有着怎样的驱动机理与影响机制，我们尚不清楚。这在很大程度上制约了对该地区水文水资源系统所表现的特征的全面准确的理解。另一方面，如何从传统的数据挖掘转向数据背后的机理研究，特别是自然与人文两大系统如何相互影响，对实现该区域水资源可持续发展，保障水、粮食、能源与生态安全有着至关重要的作用。
2.总体目标
本课题是《泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设》专项“西风与季风相互作用和水资源变化”项目（六）中的一个课题。气候与水资源变化是项目（六）的重要研究内容，是东南亚区域国家最为关注的核心问题之一，也是国际学者关注的热点问题。东南亚地区包括我国“一带一路”战略沿线多个相关国家。科学全面的认识该区域气候、水资源及生态环境系统，尤其是在气候变化及人类活动影响的双重背景下，对保障该区域水资源与生态安全，实现区域国家的可持续发展，保证“一带一路”战略惠及沿线国家起到至关重要的作用。
对泛第三极与东南亚地区的气候变化的精细模拟以及演变规律的研究是揭开该区域水资源时空演变机理的重要依据，同时也是探究未来水资源时空分布与变化的重要基础；自然—人文耦合系统下的水资源时空演变是气候变化与人类活动影响的集中体现，也是制定科学合理的区域水资源开发与保护政策的主要参考。二者相辅相成，互为依托。
本课题既是在其他课题（如“西风和和季风相互作用及水汽输送过程”、“亚洲水塔变化及其影响”、“中亚大湖区水-生态系统相互作用与协同管理）基础上，结合东南亚区域，对项目最关注的气候与水资源以及水资源利用生态环境效应问题的深刻剖析与深入研究，在项目层面上有着重要、不可替代的位置，同时研究结果能够直接服务于绿色“一带一路”建设的国家重大需求。因此十分有必要开展本课题的研究工作。
2018年，落实课题的主要任务、详细工作计划以及任务分解方案；组织协调研究区域的野外考察调研，开展具体地点的水样以及土样采集；收集研究区域遥感、水文、气象、社会经济等基础数据，建立项目内资料共享机制，开展数据库建设；对收集数据进行预处理并开展遥感解译工作；开展区域气候模式安装和调试；基于IPCC的共享社会经济路径开展东南亚地区经济社会发展情景构建。
2019年进一步开展研究区域野外考察调研，继续收集相关基础数据，对第二年度规划地点进行采样；进一步完善基础数据库建设，并实现课题间数据库共享；
开展水—社会—生态系统协同进化机理研究，为自然—人文耦合水文模型模型开发提供基础；利用多源卫星数据结合数字解译技术提取下垫面基本信息为水文模型提供下垫面基础信息；开展地下水补排机制分析及地表水—地下水耦合研究，为水文模型的地表地下水耦合提供理论方法；对研究区域进行嵌套式动力降尺度；针对第一年度、第二年度研究工作开展关键技术研讨并规划后续研究计划。
2020年在GEPIC模型基础上集成水—社会—生态系统协同进化模块以及地表水—地下水耦合模块开展新一代自然—人文复合系统水文模型研发；利用收集到的观测数据结合遥感产品对新一代高精度分布式模型进行湄公河流域尺度以及整个东南亚五国率定和验证；模拟东南亚五国及湄公河流域水文基本要素，根据水文水资源模拟数据结果分析水资源时空演变；利用关键因子识别技术以及归因法等方法分析水资源时空变化的自然、人文驱动机理；在水文水资源历史模拟的基础上，集合多模型集合手段构建未来水资源预估系统，并开展未来水资源模拟。
2021年在第三极和东南亚国家气候变化和全球气候变化关联的研究；建立大尺度环流、全球气候变化和第三极和东南亚国家气候的时空变化的统计关系；结合CMIP5/6、CORDEX和本项目生成的降尺度气候预估，对范第三极地区的气候进行精细化集成；结合系统动力学开发社会经济系统下水资源利用模块，为自然—人文复合系统水资源模型提供基础；在自然—人文复合系统水文模型的基础上耦合水资源开发利用模块，构建自然—人文复合系统水资源模型；构建未来社会发展情景，在多模型集合预估的基础上分析水资源未来情景不确定性；结合研究区域水资源模拟数据开展社会经济活动下水资源利用的时空格局分析；结合地表地下水水样以及土样的分析测试结果，开展高砷地下水迁移机制研究，分析高砷地下水生态效应。
2022年设定不同的自然与人文组合情景；生成高分辨率的气候变化情景；结合高砷地下水迁移机制，构建高砷地下水逻辑回归预测模型；结合高砷地下水预测模型，预测未来高砷地下水开发利用的生态效应；辨识气候自然变率和人类活动对水循环以及水资源的影响，并量化其相对贡献；结合水文水资源分析、水资源利用及其生态效应综合评估自然—人文复合系统下东南亚水资源；撰写《南亚水资源与生态影响评估报告》。
3.预期成果
本课题预期成果包括科学研究、能力建设两部分，具体的成果如下：
（1）发展完善区域同化和气候降尺度的理论方法和技术体系，提供1套可公开获取的、泛第三极地区空间分辨率为9 km以及东南亚地区空间分辨率为3 km的气候因子（最高气温、最低气温、降雨等）数据集；
（2）提供泛第三极地区空间分辨率为25 km的气候变化情景；
（3）构建自然—人文耦合系统下水资源评价模拟方法和模型软件；
（4）揭示东南亚国家水资源时空格局、演变趋势及自然人文驱动机制，预估未来情景水资源变化态势及其不确定性；
（5）揭示东南亚国家水资源利用的时空格局及其生态环境效应；
（6）发表SCI论文25-30篇，力争在国际顶尖期刊发表有影响力的学术论文，引领水资源研究学术方向；
（7）凝聚、培养一批具有国际视野的跨学科青年科技人才，培养博士后4-8名，硕博研究生8-10名；
（8）提交《东南亚水资源与生态影响评估》报告。
4.重大贡献
生成第三极和东南亚国家的高时空分辨率气象要素数据库，阐明第泛三极和东南亚国家内部气候变化规律，及其与大尺度环流和全球气候变化的关系，从而为泛第三极和东南亚国家的水资源的时空演变和驱动机理研究提供支持。
产生东南亚国家及湄公河流域高时空分辨率水资源及其利用基础数据库及相关模型软件，能够为东南亚地区水资源研究提供基础支撑；研究成果有助于理解水资源在气候变化以及人类活动双重影响下的演变规律，区分水资源变化的自然和人文驱动贡献；水资源利用的生态效应以及未来水资源演变预估能够为东南亚地区水资源管理提供科学支撑，保障“一带一路”绿色发展。