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
本课题是国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目“气候变化对澜沧江—湄公河流域水-粮-能耦合系统的影响机制研究”的重要组成部分。气候变化背景下的水、粮食和能源安全问题是当前全球可持续发展面临的核心挑战之一，也是联合国环境规划署（UNEP）及澜湄流域国家高度关注的重点科学与政策议题。澜沧江—湄公河流域横跨中国及东南亚多国，是“一带一路”倡议和澜湄合作机制的重要空间载体，其水资源变化直接关系区域粮食安全、清洁能源供给与社会经济可持续发展。系统、深入地认识气候变化作用下澜湄流域水-粮-能耦合系统的演变规律及其驱动机制，对于支撑流域综合治理、推动绿色发展和服务区域合作具有重要科学意义和现实价值。
澜湄流域气候变化的精细模拟及其对水资源、农业生产和水力发电的影响研究，是揭示水-粮-能系统耦合机理和演变过程的基础；在气候变化与社会经济发展双重驱动下，水-粮-能系统内部要素的相互作用与反馈，是水资源配置、粮食生产结构调整和能源开发利用协同调控的集中体现，也是制定科学合理的区域资源管理和可持续发展政策的重要依据。气候变化影响分析与耦合系统动力学建模相互支撑、彼此依托，共同构成对澜湄流域水-粮-能安全问题系统认知的科学基础。
本课题在前期相关研究基础上，综合区域气候模拟、水文模型、作物模型与系统动力学方法，围绕澜湄流域水资源演变、农业种植结构调整和水力发电变化等关键问题，深入剖析水-粮-能耦合系统对气候变化的响应机理与演变规律，在项目整体框架中具有不可替代的重要地位。研究成果将为构建流域尺度水-粮-能耦合定量模拟模型和决策支持工具提供关键科学支撑，并可直接服务于联合国可持续发展目标（SDGs）和UNEP中期战略实施，对推动澜湄流域乃至东南亚区域的绿色发展与资源安全具有重要应用价值。因此十分有必要开展本课题的研究工作。
2024年围绕澜沧江—湄公河流域气候变化与水资源演变特征，系统开展区域气候与水资源变化的历史演变规律分析，揭示气温、降水及径流变化的时空特征及其相互关系；在此基础上，梳理澜湄流域水电开发的历史过程与空间分布特征，分析水电工程建设及运行变化趋势；结合多源遥感影像资料，开展澜湄流域粮食作物分布、种植结构以及水电工程的遥感解译工作，获取高精度空间数据，为后续水-粮-能耦合分析和模型构建奠定数据基础。
2025年重点开展澜湄流域农业干旱演变规律研究，系统分析不同时间尺度和空间尺度下农业干旱的发生频率、强度及其变化趋势；结合气候变化情景，模拟和评估未来气候变化条件下流域水资源与农业干旱的演变过程及不确定性；在此基础上，深入分析水电开发对流域作物种植结构的影响机制，阐明水资源调控、水电运行与农业用水配置之间的相互作用关系。
2026年围绕水-粮-能系统整体认知，重点推进澜湄流域水-粮-能耦合三元系统的模型构建工作，建立能够刻画水资源、粮食生产与能源开发相互作用的耦合模型框架；在模型基础上，开展气候变化驱动下流域水-粮-能耦合系统的动力学表达研究，揭示气候要素变化对耦合系统运行状态的影响；同时，进一步分析农业结构调整与能源结构变化对澜湄流域水-粮-能耦合系统动力学特征的驱动作用，完善模型对自然与人文因素的综合表征能力。
2027年基于构建的水-粮-能耦合模型，开展未来干旱情景下澜湄流域水-粮-能耦合系统演变预测，分析干旱增强背景下水资源配置、粮食生产和能源供给的变化特征；结合能源结构变化情景，系统评估不同能源发展路径下澜湄流域水-粮-能耦合系统的响应过程；在此基础上，定量解析澜湄流域水-粮-能耦合变化的主要驱动因子，揭示不同驱动因素之间的贡献程度及权衡机理。
2028年在前期研究成果的基础上，综合评估气候变化对澜湄流域水-粮-能耦合系统各要素的影响，形成系统性的评估报告；进一步提出保障流域水资源安全、粮食安全和能源安全的系统解决方案；对项目研究成果进行系统整理和集成，形成规范的技术成果和研究报告；完成项目总结与验收工作，全面展示项目研究成效。
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）阐明澜湄流域水-粮-能耦合系统要素关联与互馈关系；
（2）揭示水-粮-能耦合系统对气候变化的响应机理；
（3）构建水-粮-能耦合定量模拟模型和决策支持工具；
（4）在国内外核心期刊发表论文10~15篇，其中包括具有国际影响力的国内科技期刊2~3篇；
（5）发布气候变化对水-粮食-能源耦合系统要素的影响评估UNEP报告1~2份 ，为应对UNEP中期战略的气候变化挑战提供理论支持；
（6）在澜湄流域国家召开培训、研讨会、成果展示会等3~4次，以加强南南和三方合作，推进联合国2030年可持续发展目标；
（7）培养硕博研究生3~5名，博士后2~3名。
4.重大贡献
在科学层面，通过构建澜湄流域公里级高分辨率“气候-水文-农业-能源”综合数据库，并创新性地耦合气候模式、水文模型与作物模型，首次在流域尺度上系统揭示气候变化对水-粮-能耦合系统的影响机理与动态互馈过程，显著深化对资源纽带关系的理论认知。
在应用层面，项目研发的耦合模拟模型与决策支持工具，将直接服务于联合国环境规划署（UNEP）应对气候变化的中期战略。成果将为澜湄流域各国评估资源安全风险、优化水资源调配、协同粮食生产与水电发展提供关键科学依据和技术方案，有力支撑区域可持续发展与联合国2030年目标的实现。