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实验室针对中国江水时空分布不均、水资源短缺、洪涝灾害频繁及水土流失严重等情况，开展陆地水循环 <ref>[https://www.sohu.com/a/412929040_120658280 自然界中的水循环，您了解吗] ，搜狐，2020-08-13 </ref> 及其相关的地理过程等地球科学前沿问题进行研究；同时，瞄准国家战略需求，开展水安全、农业节水、生态用水等方面的研究工作。

针对国家重大需求和地球科学水循环国际研究前沿，实验室的研究方向是：以陆地水文过程为核心，以全球环境变化及其区域响应、人类社会经济活动为背景，以中国北方地区为“区域操作平台”，探索自然地理环境中水循环及其相关的地表过程变化规律。研究内容包括流域水循环过程及其与“土壤<ref>[https://www.sohu.com/a/654493774_121643506 什么是土壤？它怎么来的] ，搜狐，2023-03-15 </ref>-植被-大气”界面过程、坡面水土过程、河流水沙过程的相互作用与耦合关系。通过以流域为单元的观测实验分析、同位素及“3S”等新技术应用和数值模拟等手段，揭示陆地水循环及地表过程中的自然变化规律以及人文因素和全球变化的影响关系，为解决国家急需的水问题提供科学依据。