近日，美国国家科学院公布《美国未来水资源科学优先研究方向》的研究报告，确认了美国在未来25年内水资源科学面对的挑战，以及全球水资源不存在的问题和应付的创意技术，并明确提出了政策建议。未来几十年，人口快速增长、气候变化、极端天气，以及与水有关的基础设施老化，威胁着水资源的利用与水质，解决问题与水资源用于有关的问题将至关重要。美国地质调查局水务分局（USGS-WMA）需要搜集和获取与美国水资源有关的高质量、无偏见的科学信息，不仅需要在飓风、洪水和森林火灾等应急情况下作出快速反应，而且在水资源的长年管理方面具备非常丰富的经验，能在很多方面协助政府决策。1 未来美国水资源科学优先事项报告确认了美国未来25年内水资源科学面对的挑战。

其水资源优先研究方向综合了已公开发表涉及主题的成果和USGS当前的水资源科学研究，并接纳来自美国联邦、州、地方、非政府和学术界专家的意见，确认了以下横跨水资源科学所面对的诸多挑战：（1）理解水在地球系统中的起到。水在大气、岩石圈和生物圈中的流动增进了物理、化学和生物过程。理解水循环号召机制，并对系统到全球变化的趋势中，依然是地球系统研究的关键挑战。

（2）分析水循环。有效地管理水资源必须理解水的含量、状态和方位。由于水的存量、流量和逗留在空间和时间上的变化使得水循环的分析十分艰难，这也是未来水科学研究的方向之一。（3）研发构建建模。

模型是构建和综合有所不同观测数据、解读简单的交互作用和测试假设，以及修复过去和预测未来系统发展轨迹的最重要工具。（4）分析社会水文系统的变化。理解人类活动如何影响水资源对管理美国和全球的水资源至关重要。

（5）保证可信和可持续的水供应。人类社会依赖洗手、可信和可负担得起的地表水和地下水，饮用、食品、能源生产、工业活动、身体健康的生态系统、娱乐活动和旅游都必不可少水供应。

（6）理解和预测与水有关的灾害。从经济和人类看作，与水有关的灾害是最相当严重的自然灾害之一，而且由于人类活动和气候变化有可能造成日益好转。2 解决问题全球水资源科学问题报告明确提出了10个总体的水资源科学问题，如果这些问题获得解决问题，将在未来对水资源科学的挑战作出最重要的贡献。

对这两组问题的更进一步萃取，构成了五个更加优先级别的问题。这些问题主要根据科学重要性、社会市场需求、与USGS任务的相关性以及与USGS合作伙伴的相关性等标准明确提出：①分析大气、地表水和地下水的质量和总量，以及它们在空间和时间上的变化；②人类活动对水量和水质的影响；③如何更加有效地和全面地展开水资源核算，以获取有关水资源供应和用于的数据？④气候变化如何影响水质、水量、水资源利用的可靠性以及与水有关的灾害和极端事件？⑤如何提高与水有关的长年风险管理？其他5个问题也十分最重要，但可以通过更加普遍的水资源研究加以解决：⑥水循环在旋即的将来对大气、岩石圈和生物圈的变化有哪些反应？水文反应如何对系统并加快或诱导大气、岩石圈和生物圈的变化？⑦如何提高气候、水文、水质和涉及社会系统的短期预测？⑧制度、管理和制度弹性如何影响水量和水质？⑨如何更佳地解读与水有关的危害和人类身体健康之间的联系?⑩在身体健康的社区和生态系统的前提下如何管理和确保水资源的竞争用于？3 技术创新应付水资源挑战新兴技术将有助推展水资源所面对的挑战。此后的25年，更加普遍来源的观测数据将获取更高的时间和空间分辨率。

新技术的普遍使用反对开发新系统，较慢搜集来自有所不同来源的数据，以更进一步评估、存储、处置和分享数据，充分发挥数据的仅次于起到。新的传感器将前进水资源的观测和分析水平，但在测量和监测水质方面不存在技术挑战。微传感器依然是研究和研发的最重要方向之一。环境DNA（eDNA）技术早已可以从单个水样中检测侵略物种，这将对环境身体健康和恢复力具备最重要意义。

管理“大数据”和统合多源异构数据有助水资源模型的研发，为跨学科模型构建和不确定性获取辅助决策。4 对美国水资源研究与管理的政策建议根据上述水资源领域所面对的挑战和优先研究方向，报告明确提出以下建议：（1）强化数据搜集，研发基于Web的分析工具。为了使国家需要应付未来的水资源挑战，应当①用于创意技术强化水量、水质和用水监测，并创建数据库和研发监测平台；②更进一步将公共科学划入USGS数据搜集活动，以强化传统监测网络；③研发更加直观的基于Web的数据分析和可视化工具，以便更佳地理解水资源的状况和趋势。（2）与各机构和涉及组织协调数据接入。

USGS-WMA作为获取水量、水质数据和信息的机构之一，不应与其他机构和涉及的组织联合协商研发可采访的、对外开放编码的数据格式、协议、对话工具和软件。这种数据共享模式和综合多个观测点，更加不利于监测水量和水质变化的趋势。（3）减少对人类活动与水资源关系的注目。

不应优先调查人类活动与地表水和地下水变化之间的关系，通过综合观测，融合不受气候和社会经济因素影响的大自然-人类系统模型研究与水有关的灾害。（4）建立健全的水资源核算系统。

不应积极开展涉及研究，理解如何最差和最有效地继续执行水资源核算，以及如何评估和呈现出报告数据的不确定性。水资源核算不应远超过资源本身的测量范围，同时须要考虑到水资源利用的生物性、物理性和社会性约束。

（5）与各机构和涉及的组织就水资源数据标准和用于类别展开合作。作为国家搜集用水数据和信息的部门之一，USGS-WMA不应与其他机构和涉及的组织合作，联合制订用水类别的标准、协议，并遵从各州、县和流域的标准化标准。

（6）保证监测网络获取充足的信息来评估大大变化的情况。不应定期评估地表水和地下水监测网络的状态，以保证这些网络需要为气候、农业和其他土地利用以及城市化带给的环境变化获取水文影响分析数据。（7）重点注目极端水情的长年预测和风险评估。

不应优先考虑到解决问题与洪水、旱季和水生污染物等水文原因涉及的风险，设法理解气候变化、土地覆盖率和土地利用变化以及其他生物、物理和社会经济因素对水资源（水量、水质、极端事件和其他水文灾害）的影响。USGS应当更进一步研发综合模型，以协助预测在大大变化的气候条件下的未来水文条件。这些活动必须资源管理者、决策者和社会科学家与其他USGS任务展开综合研究。（8）研发涵括整个水循环的多尺度、集成性的动态模型。

WMA不应优先考虑到多尺度和综合建模，利用地面传感和空中地球观测平台，将地上和地下水资源存储的水量、水质、大自然与人类的驱动因素以及相互作用动态耦合。（9）与代理机构和私营部门等机构内外合作。

水资源挑战具备内在的跨学科性，USGS-WMA不应之后创建并维持强有力的合作，强化与USGS其他任务的联系，最大限度地充分发挥其在观测、研究、预测和获取水资源数据和问题方面的影响；强化与其他联邦和州涉及机构以及国际机构（尤其是跨界水问题）的联系，以应付更好的水资源挑战；评估并在其指出不利的情况下与私营部门合作，以研发新的数据源和平台，强化数据、信息、模型和其他产品的传播。（10）创建一支打算应付新的水资源挑战的科学队伍。调整其当前和未来的研究队伍，以符合关键的战略市场需求，尤其是提升还包括提高水资源监测、大自然-人类耦合系统建模、创意数据分析和可视化方法等方面的队伍能力。

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