黑河計(jì)劃——我國(guó)干旱區(qū)內(nèi)陸河流域生態(tài)示范工程

渦動(dòng)相關(guān)比對(duì)儀

地面設(shè)備布置立體圖

　　發(fā)源于甘肅省西北部的黑河，是我國(guó)第二大內(nèi)陸河。這條河蜿蜒900多公里，流經(jīng)青海、甘肅、內(nèi)蒙古，滋潤(rùn)著干旱土地上的綠洲，孕育著流域內(nèi)千千萬(wàn)萬(wàn)的百姓。

　　如今，黑河又成為科技界關(guān)注的焦點(diǎn)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)重大研究計(jì)劃“黑河流域生態(tài)-水文過(guò)程集成研究”已經(jīng)正式啟動(dòng)。這項(xiàng)被簡(jiǎn)稱(chēng)為“黑河計(jì)劃”的科研項(xiàng)目，預(yù)算總經(jīng)費(fèi)為1.5億元，預(yù)計(jì)執(zhí)行期為8年，將以我國(guó)黑河流域?yàn)榈湫脱芯繀^(qū)，探討我國(guó)干旱區(qū)內(nèi)陸河流域水-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)的相互聯(lián)系。同時(shí)，中國(guó)科學(xué)院也先后布置了多期西部行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目，支持了黑河流域的綜合觀測(cè)試驗(yàn)和生態(tài)示范工程。

　　遙感，重點(diǎn)項(xiàng)目的重中之重

　　張掖，是河西走廊最大的綠洲?！昂诤恿饔蛏鷳B(tài)－水文過(guò)程綜合遙感觀測(cè)聯(lián)合試驗(yàn)”得到了“黑河計(jì)劃”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)”的聯(lián)合支持，它的一個(gè)重要的試驗(yàn)區(qū)就設(shè)在張掖城南一片900平方公里的綠洲上，濃密的玉米地里“藏”著各種精密的儀器設(shè)備，在其中一個(gè)5.5公里×5.5公里的加密觀測(cè)區(qū)內(nèi)，就包括由17臺(tái)渦動(dòng)相關(guān)儀、自動(dòng)氣象站和8套大孔徑閃爍儀構(gòu)成的觀測(cè)矩陣，以及幾百個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的生態(tài)水文傳感器網(wǎng)絡(luò)?？蒲腥藛T每天都守在隴間，獲取第一手的數(shù)據(jù)。同時(shí)，運(yùn)12飛機(jī)搭載著可見(jiàn)光近紅外、熱紅外和微波波段的先進(jìn)遙感器以及激光雷達(dá)，多次飛行在黑河中游和上游的核心觀測(cè)區(qū)、生態(tài)樣帶和黑河河道，進(jìn)行著關(guān)鍵生態(tài)水文參數(shù)的獲取。

　　中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所的李新研究員，是這一試驗(yàn)的負(fù)責(zé)人。因?yàn)殚L(zhǎng)期在野外工作，他的膚色看上去已經(jīng)和當(dāng)?shù)厝藳](méi)什么兩樣。“制種玉米是當(dāng)?shù)氐闹饕?jīng)濟(jì)作物，也是整個(gè)黑河流域的主要經(jīng)濟(jì)作物。我們研究這里的降水、灌溉、蒸散發(fā)、土壤水分、作物生長(zhǎng)情況等，這是了解黑河流域水-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的組成部分之一。”他悅，在5.5公里×5.5公里的試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，分布著玉米地、蔬菜地、果園、居民地……試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)根據(jù)作物結(jié)構(gòu)、防護(hù)林朝向、村莊與道路分布、土壤水分與灌溉狀況等，將該區(qū)域劃分成17個(gè)小區(qū)，“分得越詳細(xì)、數(shù)據(jù)獲取越多，我們最終的模型也就更精準(zhǔn)。”

　　科學(xué)家解釋悅，他們希望能夠了解黑河流域的整體情況，但不可能對(duì)全流域都進(jìn)行人工調(diào)查。因此，只能依靠遙感與地面觀測(cè)相結(jié)合的手段。他們先在一些面積較小的典型區(qū)域中進(jìn)行遙感試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)，然后再比較，校正遙感精度，建立遙感模型?！斑@一模型將被應(yīng)用于全流域，從而得到整個(gè)流域的信息?！?

　　“我們這個(gè)試驗(yàn)將聯(lián)合多學(xué)科、多機(jī)構(gòu)、多項(xiàng)目的科研人員，是2012—2015年間，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)?！崩钚聬?，他們正在張掖進(jìn)行的只是試驗(yàn)的組成部分之一，“張掖處于流域的中游，是我們最先開(kāi)展試驗(yàn)的地方。在上游，我們將在黑河干流上游流域、八寶河子流域和典型小流域三個(gè)尺度上開(kāi)展試驗(yàn)研究；在下游沙漠戈壁－額濟(jì)納胡楊林－戈壁－尾閭湖區(qū)，我們將選擇額濟(jì)納核心綠洲為下游天然綠洲試驗(yàn)區(qū)。”

　　“做”一條舉世聞名的河流

　　近些年來(lái)，一門(mén)新興的科學(xué)方興未艾“流域科學(xué)”。程國(guó)棟院士曾這樣解釋?zhuān)核c流域內(nèi)其他系統(tǒng)的相互作用日益成為科學(xué)界所矚目的焦點(diǎn)，生態(tài)水文、生態(tài)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境水文地質(zhì)、水文信息學(xué)等新學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。將流域作為一個(gè)整體來(lái)考慮，從“水-土-氣-生-人”的角度進(jìn)行綜合集成研究。

　　流域可以表征地球系統(tǒng)的大部分動(dòng)力特征，大氣－山地冰凍圈－河流－湖泊－地下水－生態(tài)系統(tǒng)－土地利用－人類(lèi)活動(dòng)所構(gòu)建起的流域圖景，正是地球系統(tǒng)的一個(gè)生動(dòng)寫(xiě)照?！翱梢哉J(rèn)為流域是地球系統(tǒng)的縮微，是自然界的基本單元?！背虈?guó)棟悅。

　　隨著地球變化研究的不斷深入和系統(tǒng)化，各國(guó)、特別是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)流域的研究也逐漸深入。歐洲的萊茵河、澳大利亞的達(dá)令河……這些著名的河流已經(jīng)不僅僅是文化藝術(shù)的搖籃、人間勝景的代表，更是科學(xué)領(lǐng)域的“明星”。而美國(guó)，更是早在上個(gè)世紀(jì)90年代就掀起了流域研究的高潮，并持續(xù)至今。

　　國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)主任陳宜瑜院士在立項(xiàng)之初就提出這樣一個(gè)目標(biāo)：“黑河做完以后，要與歐洲的萊茵河，澳大利亞的達(dá)令河相比，要在國(guó)際上具有一定的影響力。”

　　今天，來(lái)自全國(guó)各研究機(jī)構(gòu)和高校的科學(xué)家們正朝著這個(gè)方向努力著?？茖W(xué)家們正是希望通過(guò)黑河流域生態(tài)-水文過(guò)程集成研究，建立我國(guó)內(nèi)陸河流域科學(xué)觀測(cè)-試驗(yàn)、數(shù)據(jù)-模擬研究平臺(tái)，認(rèn)識(shí)內(nèi)陸河流域生態(tài)系統(tǒng)與水文系統(tǒng)相互作用的過(guò)程和機(jī)理，提高內(nèi)陸河流域水-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)演變的綜合分析與預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能力，為國(guó)家內(nèi)陸河流域水安全、生態(tài)安全以及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)理論和科技支撐。