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经济社会协调发展提供有力保障。
近年来，围绕地球系统或流域系统的监测、模拟、评估和决策等问题，国内外众多学者开展了大
量研究。如曾庆存等 ［４］ 提出的国家重大科技基础设置 “地球系统数值模拟装置”，主要研究地球系统
大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、生物圈的物理、化学、生物过程及其相互作用，探究上述相互作用
对地球系统整体和我国区域气候和生态环境的影响。于贵瑞等 ［５］ 提出了以自然－ 社会－ 经济复合生态系
统为研究对象，集 “多源数据分析－ 生态过程模拟－ 时空格局评估－ 生态预测预警” 为一体，主要用于
宏观生态系统模拟分析的 “陆地生态系统数值模拟器” 概念。Ｈｏｌｄｅｎ等 ［６］ 开 发 了 “ＰＡＬＥＯ － ＰＧＥＭ
ｖ１．０（ＰａｌｅｏｃｌｉｍａｔｅＰＬＡＳＩＭ－ ＧＥＮＩＥ）” 模拟器，可 重 建 上 新 世—更 新 世 时 期 的 古 气 候。Ｂｅｕｓｃｈ等 ［７］
构建了具有空间分辨输出的模块化地球系统模拟器（ＭＥＳＭＥＲ），并提出了 ＭＡＧＩＣＣ － ＭＥＳＭＥＲ（排放
驱动模拟器 － 空间解析模拟器）耦合模拟器，可对区域内多种排放 路 径的 影 响 进行 评 估。Ｎａｔｈ等 ［８］
在现有 年 度 尺 度 地 球 系 统 模 拟 器 （ＭＥＳＭＥＲ）的 基 础 上， 通 过 增 加 月 度 降 尺 度 模 块， 提 出 了
ＭＥＳＭＥＲ － Ｍ模拟器。上述众多模拟器多侧重于整个地球系统或者是某一个学科领域，从广度上来
说，面向整个地球系统，其分 辨率往 往较 粗，不足 以刻 画 一 个 具 体 流 域 的 详 细 过 程；从 深 度 上 来
说，上述模拟装置多关注某一个或者几个过程之间的耦合及关联分析，对涉及到以水为核心、综合
考虑水文、地理、资源、环境、生态、自然灾害、公共管理、人类健康等多个跨学科的过程认识仍
然考虑不足。
围绕 “美丽中国” 生 态 文 明 建 设 的 目 标 和 任 务， 为 了 科 学 刻 画 “美 丽 中 国 ” 生 态 文 明 建 设
“ ２０３５目标” 和 “２０５０愿景” 科学蓝图与实施途径，中国科学院于 ２０１９年启动了 “美丽中国生态
文明科技建设工程” 专项，其中项目四 “长江经济带干 流水 环境 水生 态综 合 治 理与 应用” 主要针
对以水为纽带的长江经济带 “湖库 － 岸线 － 城市群” 绿色发展所面临亟待解决的生态环境 问题。笔
者的研究团队于 ２０１９年率先提出了 “长江模拟器” 构想，以此为抓手，完善流域 “空 － 天 － 地” 一
体化立体监测系统，集成流域水环境综合治理技术，提出流域系统调控和管理技术方案，为长江经
济带高质量发展提供科学支撑。经过 ３年对长江模拟器的联合研究，取得了一些初步成果。本文在
总结前期研究成果的基础上，系统介绍长江模拟器的内涵、理论体系、方法体系和服务体系等主要
内容。

２ 长江模拟器的概念与系统框架

２．１ 长江模拟器的概念与内涵 长江模拟器，是指以长江流域为对象，以流域水循环为纽带，将自然
过程与人文过程相耦合而研发的流域模拟系统及科学装置。长江流域模拟器强调长江上、中、下游以
及湖库－ 岸线－ 城市群的互联互动，强调长江洪水防御、水力发电与水生生物保护等的联合调度，强调
长江流域保护与发展的协调，具有 “监测—模拟—评估—预警—决策—调控” 一体化功能。可以说，
长江模拟器是一般 “流域模拟器” 在长江流域应用的一个范例。反过来，长江模拟器也为一般流域模
拟器建设提供一个可以移植与应用的范式。当然，由于地理 “水、土、气、生和人地关系” 的空间分
异特征，每个具体的流域模拟器都需要针对各自流域的特色研发和建立。
基于对长江模拟器概念解读和认识，将其内涵概括为以下 ５个方面：
（１）是以流域水循环为纽带，多过程耦合模拟的大科学装置。长江模拟器是以流域水循环为纽带，
综合考虑流域上、中、下游和左岸、右岸以及陆海统筹的自然过程与人文过程以及其子过程的多过程
相互作用，耦合模拟多过程作用，构建的一个大科学装置，不仅有 “软件” 开发而且需要建设监测、
服务等 “硬件” 工程。
（２）是多源海量数据融合共享平台。构建基于水利、生态环境、自然资源、农业、林业、城建等
部门以及不同单位监测数据的共享机制，推动不同层级、不同职能部门多源数据融合和数据共享。长
江模拟器应打造这样一个数据融合共享平台及机制，即不以占有其他单位或个人的数据为导向，更加
注重数据之间的调用（非占有）。

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