研究背景:地球多圈层耦合相互作用机制
从“多学科”并列到“多学科”融合
水圈动力学:超越静态结构,量化模拟水圈的动力过程,实现精准预测与调控。
水圈拓扑学:从孤立水体到互联系统,揭示其空间结构、连接性与物质输移路径,是系统动力学的基础。
水圈信息学:融合遥感、AI与大数据技术,解决海量异构数据的获取、挖掘与价值提取问题,赋能智慧决策。

提出水圈系统控制性原理-最小约束定理,发现更基本对称与新型守恒律
从海量复杂水汽源-汇关系中识别得到存在稳定拓扑结构—空中流域
前期发现:基于欧拉观点大气水汽示踪模型,能够从海量复杂水汽源-汇关系中识别得到存在稳定拓扑结构——空中流域(流域内部构成强连接结构,流域间存在弱连接结构)
尚未明确:海量复杂水汽源-汇关系中是否存在稳定拓扑结构?不同数值模型的选择是否会显著影响结构的发现?


利用多模型验证稳定拓扑结构—空中流域
提取全球水汽源-汇拓扑结构提
发布首套基于多模型集合的全球空中水循环结构数据集
为全球水圈结构研究提供可靠数据支撑

Zhang Y, Zhong D*, Cai R, et al. A multi-model based dataset of global atmospheric moisture source-sink relationships and atmospheric basins[J]. Scientific Data. 2025. Accepted
基于水圈拓扑结构,有效表征全球和我国绿水循环转化规律
建立从对流层前兆信号到极端降水强度频率分布的分析框架
以华北平原为例进行分析:
乌拉尔阻塞与丝绸之路遥相关是主导的极端降水前兆过程
丝绸之路遥相关更有可能引发超级暴雨

Zhang M.& Zhong D. et al.(2025),JGR-Atmospheres

开发架构基于拓扑结构的水圈大模型,支撑水资源管理与防灾减灾
成果应用:主体功能区战略规划-培绿/治沙/固碳/添能/增值