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（３）是集成不同专业模型的 “大脑” 中枢。集成水系统、土地利用、大气、生物、城市、农业、
工程规划设计与建设、工程运行调度、灾害（包括洪涝、干旱、地震、泥石流等）和公共管理等不同专
业模型，形成模拟器的 “大脑” 中枢。在模拟器研发和建设中，不宜关注占有或学会其他单位或个人
的模型，而要注重模型之间的调用或集成使用（非占有）。
（ ４）是技术方法与人工经验集成的应用系统。研发长江模拟器是一项十分复杂的科学工程，必然
要采用或攻克一大批相关技术，特别需要吸收大量人工经验，它是一个深度集成技术方法与人工经验
的应用系统。
（ ５）是面向不同需求的开放可拓展服务系统。推动建立一个具有开放性、可拓展性的耦合集成系
统，可为不同学科的科学技术人员、不同层级的政府管理与决策部门等，提供科学、及时、有效和准
确的服务。
２．２ 长江模拟器的功能和系统框架
２．２．１ 长江模拟器功能 长江模拟器以 “了解过去长江、认识现在长江、展望未来长江” 为目标，将
着重实现 ６大功能。
（１）监测：为模拟器获取信息途径的统称，主要包括流域水文、气象、环境、生态、地形地貌、
地质构造、土地利用、工程建设等人类活动以及经济社会要素等。监测手段多样，比如遥感监测（卫
星、无人机、飞艇）、水文和水环境监测、经济社会要素调查统计等，重点要打通各行业部门间数据
监测的共享壁垒，建立 “我为人人，人人为我” 的多赢共享机制。
（ ２）模拟：为模拟器根据输入信息进行的各种模拟工作，是模拟器的核心工作。其模拟的内容很
多，比如，模拟流域水循环过程、地表植被动态过程与生物地球化学过程、陆气耦合过程、气象要素
演变过程、水生生物种群动态及空间进化和演变过程、地壳运动过程、污染物质迁移转化、工程影响
过程与作用大小、受自然－ 人文过程影响的疫情传播过程等。
（３）评估：应用模拟器评估流域地理环境变迁、地质板块运动、湖泊演化及发展过程，评估流域
不同子流域和全区域水系统健康状态，评估不同区域绿色发展水平，评估工程建设等人类活动的影响
作用与后果等。
（ ４）预警：基于模拟器运用，可以对流域旱涝灾害预警、环境污染预警、河湖水生态退化预警、
泥石流灾害预警以及疫情等公共事件预警等。
（ ５）决策：基于模拟器运用，可以实施溯源归因分析，进而对重大工程建设方案选择、水资源管
理、污染治理及管控、灾害防控及减灾、疫情防控管理等方面进行科学决策。
（ ６）调控：基于模拟器运用，可以开展水系统宏观调控、工程规划设计与建设、水网优化布局、
面源污染防治、产业结构调整、疫情防控等工作。
２．２．２ 长 江 模 拟器 的系 统框 架 长江 模拟器由感知 体 系、模拟 体系、服 务 体 系 ３大 体 系 组 成 （如
图 １）。感知体系是长江模拟器的信息来源，包括多源信息监测 “硬件” 建设和信息收集 “软件” 建
设，有立体监测、大数据传输和存储、大数据分析、数据融合、数据共享等功能或内容，具有 ４大数
据源，即水－ 土－ 气－ 生监测、地形地貌地质观测、主要人类活动监控、经济社会统计数据。模拟体系
是长江模拟器 “大脑” 中枢，其功能目标是实现虚拟长江、数字长江、模型长江、仿真长江、智慧长
江，开展 ３大过程模拟，包括物理过程、生物地球化学过程、人文过程（物理过程、生物地球化学过
程属于自然过程）。服务体系是长江模拟器发挥重要作用的服务平台，实现 “了解过去长江、认识现
在长江、展望未来长江” 的目标，具有 ６大服务，即科技创新服务、综合治理服务、政府决策服务、
应急管理服务、公众文化服务、数据应用服务。

３ 长江模拟器的理论体系

３．１ 长江模拟器建设的难点科学问题 长江模拟器是一个复杂巨系统，随着其建设的推进将面临一些
关键科学问题和技术难点需要研究、探索和解决。目前已认识到的主要有：

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