【儀表網(wǎng) 行業(yè)聚焦點】“黑河生態(tài)水文遙感試驗”共開展了22個架次，總計約100小時的航空遙感任務(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”上游遙感水文試驗區(qū)航空遙感作業(yè)的運12遙感飛機地降落，標(biāo)志著“黑河生態(tài)水文遙感試驗”有人機航空遙感外野任務(wù)全部順利完成。
“黑河流域生態(tài)-水文過程綜合遙感觀測聯(lián)合試驗”（簡稱“黑河生態(tài)水文遙感試驗”，英文名稱HeiheWatershedAlliedTelemetryExperimentalResearch，簡稱HiWATER），是圍繞基金委“黑河流域生態(tài)-水文集成研究”（簡稱“黑河計劃”）中的核心科學(xué)目標(biāo)，以黑河流域已建立的觀測系統(tǒng)以及2007～2009年開展的“黑河綜合遙感聯(lián)合試驗”成果為基礎(chǔ)，聯(lián)合多學(xué)科、多機構(gòu)、多項目的科研人員，將要于2012～2015年在黑河流域開展的一次衛(wèi)星和航空遙感及地面觀測互相配合的多尺度綜合觀測試驗。
負(fù)責(zé)人李新介紹，本次上游航空遙感作業(yè)，歷時9天，任務(wù)重、難度大，需要克服機場、天氣及試驗區(qū)復(fù)雜環(huán)境等諸多因素制約和影響。試驗終順利獲取了葫蘆溝小流域局部地區(qū)高分辨率DEM(補充獲取)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”有人機航空遙感試驗分為三個階段。階段于2012年夏季完成，主要開展中游核心試驗區(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)為下游試驗區(qū)激光雷達(dá)、成像光譜儀、熱像儀、多光譜相機的航空遙感作業(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”共開展了22個架次，總計約100小時的航空遙感任務(wù)，獲取了高光譜、激光雷達(dá)、熱紅外成像儀、微波輻射計的航空遙感數(shù)據(jù)及相關(guān)產(chǎn)品。
試驗的總體目標(biāo)是顯著提升對流域生態(tài)和水文過程的觀測能力，建立的流域觀測系統(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系統(tǒng)。（2）精細(xì)觀測流域水循環(huán)各分量，獲取水循環(huán)各分量的多尺度觀測數(shù)據(jù)。（3）獲取理解內(nèi)陸河流域生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)變化的多尺度觀測數(shù)據(jù)。在遙感產(chǎn)品和真實性檢驗方面的目標(biāo)包括：（4）在綜合試驗基礎(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）開展真實性檢驗試驗，驗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)作物生長耦合模型、下游生態(tài)耗水模型，通過實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”在黑河流域選擇3個重點試驗區(qū)開展加強和長期觀測試驗。選擇黑河上游干流流域作為寒區(qū)試驗區(qū)，在流域、八寶河子流域和葫蘆溝小流域三個尺度上開展試驗研究；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區(qū)；在下游沙漠戈壁－額濟納胡楊林－戈壁－尾閭湖區(qū)，選擇額濟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區(qū)。擬在2012年～2014年在3個試驗區(qū)各開展為期1個完整年度的加強試驗。加強試驗將在2012年到2013年首先從中游展開，全流域持續(xù)觀測期從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”由基礎(chǔ)試驗、專題試驗、應(yīng)用試驗、產(chǎn)品與方法研究和信息系統(tǒng)組成；同時，將與“黑河計劃”項目及其他有關(guān)項目互相配合，開展聯(lián)合觀測，優(yōu)勢互補，共同形成流域觀測系統(tǒng)，共同開展應(yīng)用研究。基礎(chǔ)試驗是以建設(shè)觀測系統(tǒng)，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提升觀測能力，發(fā)展觀測方法為目標(biāo)的觀測試驗。專題試驗是針對特定的水文或生態(tài)過程，而組織開展的綜合性加強試驗。目前，已設(shè)計了蒸散發(fā)專題試驗，但在”黑河生態(tài)水文遙感試驗”執(zhí)行期間，還將根據(jù)特定的科學(xué)目標(biāo)，組織開展土壤水分等其他專題試驗。應(yīng)用試驗的目標(biāo)是針對流域上、中、下游各具特色的生態(tài)-水文過程，以綜合觀測試驗為手段，檢驗和標(biāo)定生態(tài)-水文模型，實證遙感產(chǎn)品和其他觀測數(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、專題試驗和應(yīng)用試驗的支持下，開展全流域生態(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，開展多源遙感數(shù)據(jù)同化研究。同時，建設(shè)試驗信息系統(tǒng)，收集、管理和發(fā)布試驗數(shù)據(jù)。
“黑河生態(tài)水文遙感試驗”由國家自然科學(xué)基金委員會“黑河流域生態(tài)－水文過程集成研究”重大研究計劃“黑河流域生態(tài)-水文過程綜合遙感觀測試驗”重點項目群和中國科學(xué)院西部行動計劃三期項目“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”聯(lián)合資助。由中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所、北京師范大學(xué)、中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所組織實施。
試驗首先從中游展開
中游加強試驗于2012年5月至9月開展，共有來自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。經(jīng)過5個多月的加強試驗，建立了的通量觀測矩陣和密集的生態(tài)水文無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，獲取了完整的通量觀測數(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，開展了18個架次，總計約90小時的航空遙感任務(wù)，完成了中游加強試驗的各項觀測任務(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兩個嵌套的通量觀測矩陣于2012年6月25日正式啟動。其中30km×30km的大矩陣由張掖綠洲的大滿超級站以及綠洲周邊神沙窩、花寨子、戈壁與濕地4個普通站組成，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。超級站配備1套氣象要素梯度測量系統(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層的渦動相關(guān)儀，4個普通站各配置1套自動氣象站與1臺渦動相關(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個小區(qū)，每個小區(qū)內(nèi)架設(shè)1臺渦動相關(guān)儀和1套自動氣象站，有4組共8套大孔徑閃爍儀觀測矩陣內(nèi)MODIS像元尺度的通量。另外還利用穩(wěn)定同位素技術(shù)開展土壤蒸發(fā)與植被蒸騰的分割觀測，采用熱擴散液流測量系統(tǒng)（TDP）觀測樹木蒸騰量。
如此高密度、高強度、三維的通量觀測矩陣在國內(nèi)尚屬，在上也很少見。它的建成將對揭示綠洲-荒漠系統(tǒng)水熱交換的動態(tài)特征以及平流效應(yīng)的定量評估，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、通量尺度擴展方法的發(fā)展與驗證，能量平衡不閉合相關(guān)機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”由國家自然科學(xué)基金委員會“黑河流域生態(tài)-水文過程集成研究”重大研究計劃與中國科學(xué)院西部行動計劃項目聯(lián)合資助，由中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所、中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所、北京師范大學(xué)共同組織實施。
