【儀表網(wǎng) 行業(yè)聚焦點(diǎn)】“黑河生態(tài)水文遙感試驗(yàn)”共開(kāi)展了22個(gè)架次，總計(jì)約100小時(shí)的航空遙感任務(wù)，獲取了高光譜、激光雷達(dá)、熱紅外成像儀、微波輻射計(jì)的航空遙感數(shù)據(jù)及相關(guān)產(chǎn)品。
近日，隨著執(zhí)行“黑河生態(tài)水文遙感試驗(yàn)”上游遙感水文試驗(yàn)區(qū)航空遙感作業(yè)的運(yùn)12遙感飛機(jī)地降落，標(biāo)志著“黑河生態(tài)水文遙感試驗(yàn)”有人機(jī)航空遙感外野任務(wù)全部順利完成。
“黑河流域生態(tài)-水文過(guò)程綜合遙感觀測(cè)聯(lián)合試驗(yàn)”（簡(jiǎn)稱“黑河生態(tài)水文遙感試驗(yàn)”，英文名稱HeiheWatershedAlliedTelemetryExperimentalResearch，簡(jiǎn)稱HiWATER），是圍繞基金委“黑河流域生態(tài)-水文集成研究”（簡(jiǎn)稱“黑河計(jì)劃”）中的核心科學(xué)目標(biāo)，以黑河流域已建立的觀測(cè)系統(tǒng)以及2007～2009年開(kāi)展的“黑河綜合遙感聯(lián)合試驗(yàn)”成果為基礎(chǔ)，聯(lián)合多學(xué)科、多機(jī)構(gòu)、多項(xiàng)目的科研人員，將要于2012～2015年在黑河流域開(kāi)展的一次衛(wèi)星和航空遙感及地面觀測(cè)互相配合的多尺度綜合觀測(cè)試驗(yàn)。
負(fù)責(zé)人李新介紹，本次上游航空遙感作業(yè)，歷時(shí)9天，任務(wù)重、難度大，需要克服機(jī)場(chǎng)、天氣及試驗(yàn)區(qū)復(fù)雜環(huán)境等諸多因素制約和影響。試驗(yàn)終順利獲取了葫蘆溝小流域局部地區(qū)高分辨率DEM(補(bǔ)充獲取)及冰溝小流域高分辨率DEM，并同步獲取了高分辨率CCD影像等重要科研數(shù)據(jù)。
據(jù)了解，“黑河生態(tài)水文遙感試驗(yàn)”有人機(jī)航空遙感試驗(yàn)分為三個(gè)階段。階段于2012年夏季完成，主要開(kāi)展中游核心試驗(yàn)區(qū)、中游樣帶植被結(jié)構(gòu)參數(shù)、土壤水分、地表溫度和中游黑河河道水面溫度測(cè)量和上游葫蘆溝小流域、天姥池小流域的高分辨率DEM和植被結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)量。第二階段于2014年7月底至8月初完成，主要任務(wù)為下游試驗(yàn)區(qū)激光雷達(dá)、成像光譜儀、熱像儀、多光譜相機(jī)的航空遙感作業(yè)。第三階段為本次上游航空遙感作業(yè)。“黑河生態(tài)水文遙感試驗(yàn)”共開(kāi)展了22個(gè)架次，總計(jì)約100小時(shí)的航空遙感任務(wù)，獲取了高光譜、激光雷達(dá)、熱紅外成像儀、微波輻射計(jì)的航空遙感數(shù)據(jù)及相關(guān)產(chǎn)品。
試驗(yàn)的總體目標(biāo)是顯著提升對(duì)流域生態(tài)和水文過(guò)程的觀測(cè)能力，建立的流域觀測(cè)系統(tǒng)，提高遙感在流域生態(tài)-水文集成研究和水資源管理中的應(yīng)用能力。其中，在基礎(chǔ)觀測(cè)方面的具體目標(biāo)包括：（1）建立支持流域科學(xué)研究和水資源綜合管理的流域觀測(cè)系統(tǒng)。（2）精細(xì)觀測(cè)流域水循環(huán)各分量，獲取水循環(huán)各分量的多尺度觀測(cè)數(shù)據(jù)。（3）獲取理解內(nèi)陸河流域生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的多尺度觀測(cè)數(shù)據(jù)。在遙感產(chǎn)品和真實(shí)性檢驗(yàn)方面的目標(biāo)包括：（4）在綜合試驗(yàn)基礎(chǔ)上，制備一套支持流域-生態(tài)水文集成研究的高精度遙感產(chǎn)品。（5）開(kāi)展真實(shí)性檢驗(yàn)試驗(yàn)，驗(yàn)證遙感模型及遙感產(chǎn)品。在應(yīng)用方面的目標(biāo)是：（6）將綜合觀測(cè)數(shù)據(jù)和遙感產(chǎn)品用于上游寒區(qū)分布式水文模型、中游地表水-地下水-農(nóng)作物生長(zhǎng)耦合模型、下游生態(tài)耗水模型，通過(guò)實(shí)證研究提升遙感在流域生態(tài)-水文集成研究和水資源管理中的應(yīng)用能力。
“黑河生態(tài)水文遙感試驗(yàn)”在黑河流域選擇3個(gè)重點(diǎn)試驗(yàn)區(qū)開(kāi)展加強(qiáng)和長(zhǎng)期觀測(cè)試驗(yàn)。選擇黑河上游干流流域作為寒區(qū)試驗(yàn)區(qū)，在流域、八寶河子流域和葫蘆溝小流域三個(gè)尺度上開(kāi)展試驗(yàn)研究；在中游的人工綠洲－河岸生態(tài)系統(tǒng)－濕地－荒漠復(fù)合體內(nèi)，選擇兩個(gè)典型的灌區(qū):盈科灌區(qū)和大滿灌區(qū)以及平川灌區(qū)作為中游人工綠洲試驗(yàn)區(qū)；在下游沙漠戈壁－額濟(jì)納胡楊林－戈壁－尾閭湖區(qū)，選擇額濟(jì)納核心綠洲至西北方向的烏蘭圖格嘎查為下游天然綠洲試驗(yàn)區(qū)。擬在2012年～2014年在3個(gè)試驗(yàn)區(qū)各開(kāi)展為期1個(gè)完整年度的加強(qiáng)試驗(yàn)。加強(qiáng)試驗(yàn)將在2012年到2013年首先從中游展開(kāi)，全流域持續(xù)觀測(cè)期從2013年到2015年，航空遙感數(shù)據(jù)獲取主要在2012年夏季。
“黑河生態(tài)水文遙感試驗(yàn)”由基礎(chǔ)試驗(yàn)、專題試驗(yàn)、應(yīng)用試驗(yàn)、產(chǎn)品與方法研究和信息系統(tǒng)組成；同時(shí)，將與“黑河計(jì)劃”項(xiàng)目及其他有關(guān)項(xiàng)目互相配合，開(kāi)展聯(lián)合觀測(cè)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同形成流域觀測(cè)系統(tǒng)，共同開(kāi)展應(yīng)用研究。基礎(chǔ)試驗(yàn)是以建設(shè)觀測(cè)系統(tǒng)，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提升觀測(cè)能力，發(fā)展觀測(cè)方法為目標(biāo)的觀測(cè)試驗(yàn)。專題試驗(yàn)是針對(duì)特定的水文或生態(tài)過(guò)程，而組織開(kāi)展的綜合性加強(qiáng)試驗(yàn)。目前，已設(shè)計(jì)了蒸散發(fā)專題試驗(yàn)，但在”黑河生態(tài)水文遙感試驗(yàn)”執(zhí)行期間，還將根據(jù)特定的科學(xué)目標(biāo)，組織開(kāi)展土壤水分等其他專題試驗(yàn)。應(yīng)用試驗(yàn)的目標(biāo)是針對(duì)流域上、中、下游各具特色的生態(tài)-水文過(guò)程，以綜合觀測(cè)試驗(yàn)為手段，檢驗(yàn)和標(biāo)定生態(tài)-水文模型，實(shí)證遙感產(chǎn)品和其他觀測(cè)數(shù)據(jù)在流域生態(tài)-水文集成研究和水資源管理中的應(yīng)用能力。產(chǎn)品與方法研究是在基礎(chǔ)試驗(yàn)、專題試驗(yàn)和應(yīng)用試驗(yàn)的支持下，開(kāi)展全流域生態(tài)-水文關(guān)鍵參量遙感產(chǎn)品生產(chǎn)，發(fā)展尺度轉(zhuǎn)換方法，開(kāi)展多源遙感數(shù)據(jù)同化研究。同時(shí)，建設(shè)試驗(yàn)信息系統(tǒng)，收集、管理和發(fā)布試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
“黑河生態(tài)水文遙感試驗(yàn)”由國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)“黑河流域生態(tài)－水文過(guò)程集成研究”重大研究計(jì)劃“黑河流域生態(tài)-水文過(guò)程綜合遙感觀測(cè)試驗(yàn)”重點(diǎn)項(xiàng)目群和中國(guó)科學(xué)院西部行動(dòng)計(jì)劃三期項(xiàng)目“黑河流域生態(tài)-水文遙感產(chǎn)品生產(chǎn)算法研究與應(yīng)用試驗(yàn)”聯(lián)合資助。由中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所、北京師范大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所組織實(shí)施。
試驗(yàn)首先從中游展開(kāi)
中游加強(qiáng)試驗(yàn)于2012年5月至9月開(kāi)展，共有來(lái)自29家單位，276名科學(xué)家、研究生和工程技術(shù)人員參加了中游試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)5個(gè)多月的加強(qiáng)試驗(yàn)，建立了的通量觀測(cè)矩陣和密集的生態(tài)水文無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，獲取了完整的通量觀測(cè)數(shù)據(jù)，揭示了綠洲與荒漠生態(tài)系統(tǒng)蒸散量的空間差異。搭載成像光譜儀、激光雷達(dá)、熱紅外成像儀、微波輻射計(jì)，開(kāi)展了18個(gè)架次，總計(jì)約90小時(shí)的航空遙感任務(wù)，完成了中游加強(qiáng)試驗(yàn)的各項(xiàng)觀測(cè)任務(wù)，獲取了一套支持流域生態(tài)、水文、遙感研究的關(guān)鍵數(shù)據(jù)集。
建成了通量觀測(cè)矩陣
黑河流域中游張掖地區(qū)構(gòu)建的30km×30km、5.5km×5.5km兩個(gè)嵌套的通量觀測(cè)矩陣于2012年6月25日正式啟動(dòng)。其中30km×30km的大矩陣由張掖綠洲的大滿超級(jí)站以及綠洲周邊神沙窩、花寨子、戈壁與濕地4個(gè)普通站組成，其下墊面涉及綠洲農(nóng)田、沙漠、荒漠、戈壁和濕地等，代表黑河流域中游主要土地利用/覆蓋類型。超級(jí)站配備1套氣象要素梯度測(cè)量系統(tǒng)（輻射與土壤熱通量、風(fēng)溫濕與C02濃度梯度、土壤溫度與濕度廓線等）與2層的渦動(dòng)相關(guān)儀，4個(gè)普通站各配置1套自動(dòng)氣象站與1臺(tái)渦動(dòng)相關(guān)儀。在綠洲區(qū)域5.5km×5.5km小矩陣內(nèi)，根據(jù)作物結(jié)構(gòu)、防護(hù)林走向、村莊與道路分布、土壤水分與灌溉狀況等劃分成17個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)內(nèi)架設(shè)1臺(tái)渦動(dòng)相關(guān)儀和1套自動(dòng)氣象站，有4組共8套大孔徑閃爍儀觀測(cè)矩陣內(nèi)MODIS像元尺度的通量。另外還利用穩(wěn)定同位素技術(shù)開(kāi)展土壤蒸發(fā)與植被蒸騰的分割觀測(cè)，采用熱擴(kuò)散液流測(cè)量系統(tǒng)（TDP）觀測(cè)樹(shù)木蒸騰量。
如此高密度、高強(qiáng)度、三維的通量觀測(cè)矩陣在國(guó)內(nèi)尚屬，在上也很少見(jiàn)。它的建成將對(duì)揭示綠洲-荒漠系統(tǒng)水熱交換的動(dòng)態(tài)特征以及平流效應(yīng)的定量評(píng)估，研究綠洲地表蒸散發(fā)的空間異質(zhì)性及其影響因子，實(shí)現(xiàn)非均勻下墊面像元尺度蒸散發(fā)的獲取等起到重要作用，也將為蒸散發(fā)遙感估算模型、通量尺度擴(kuò)展方法的發(fā)展與驗(yàn)證，能量平衡不閉合相關(guān)機(jī)制的了解以及修正方法的發(fā)展等提供地面數(shù)據(jù)。
“黑河生態(tài)水文遙感試驗(yàn)”由國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)“黑河流域生態(tài)-水文過(guò)程集成研究”重大研究計(jì)劃與中國(guó)科學(xué)院西部行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目聯(lián)合資助，由中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所、中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所、北京師范大學(xué)共同組織實(shí)施。
