黑河計劃——我國干旱區內陸河流域生態示范工程

渦動相關比對儀

地面設備布置立體圖

　　發源于甘肅省西北部的黑河，是我國第二大內陸河。這條河蜿蜒900多公里，流經青海、甘肅、內蒙古，滋潤著干旱土地上的綠洲，孕育著流域內千千萬萬的百姓。

　　如今，黑河又成為科技界關注的焦點國家自然科學基金委員會重大研究計劃“黑河流域生態-水文過程集成研究”已經正式啟動。這項被簡稱為“黑河計劃”的科研項目，預算總經費為1.5億元，預計執行期為8年，將以我國黑河流域為典型研究區，探討我國干旱區內陸河流域水-生態-經濟的相互聯系。同時，中國科學院也先后布置了多期西部行動計劃項目，支持了黑河流域的綜合觀測試驗和生態示范工程。

　　遙感，重點項目的重中之重

　　張掖，是河西走廊最大的綠洲?！昂诤恿饔蛏鷳B－水文過程綜合遙感觀測聯合試驗”得到了“黑河計劃”重點項目群和中國科學院西部行動計劃三期項目“黑河流域生態-水文遙感產品生產算法研究與應用試驗”的聯合支持，它的一個重要的試驗區就設在張掖城南一片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備，在其中一個5.5公里×5.5公里的加密觀測區內，就包括由17臺渦動相關儀、自動氣象站和8套大孔徑閃爍儀構成的觀測矩陣，以及幾百個無線傳感器節點構成的生態水文傳感器網絡?？蒲腥藛T每天都守在隴間，獲取第一手的數據。同時，運12飛機搭載著可見光近紅外、熱紅外和微波波段的先進遙感器以及激光雷達，多次飛行在黑河中游和上游的核心觀測區、生態樣帶和黑河河道，進行著關鍵生態水文參數的獲取。

　　中科院寒區旱區環境與工程研究所的李新研究員，是這一試驗的負責人。因為長期在野外工作，他的膚色看上去已經和當地人沒什么兩樣。“制種玉米是當地的主要經濟作物，也是整個黑河流域的主要經濟作物。我們研究這里的降水、灌溉、蒸散發、土壤水分、作物生長情況等，這是了解黑河流域水-生態-經濟系統的組成部分之一。”他悅，在5.5公里×5.5公里的試驗區內，分布著玉米地、蔬菜地、果園、居民地……試驗團隊根據作物結構、防護林朝向、村莊與道路分布、土壤水分與灌溉狀況等，將該區域劃分成17個小區，“分得越詳細、數據獲取越多，我們最終的模型也就更精準?！?

　　科學家解釋悅，他們希望能夠了解黑河流域的整體情況，但不可能對全流域都進行人工調查。因此，只能依靠遙感與地面觀測相結合的手段。他們先在一些面積較小的典型區域中進行遙感試驗，同時進行實地觀測，然后再比較，校正遙感精度，建立遙感模型?！斑@一模型將被應用于全流域，從而得到整個流域的信息?！?

　　“我們這個試驗將聯合多學科、多機構、多項目的科研人員，是2012—2015年間，在黑河流域開展的一次衛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。”李新悅，他們正在張掖進行的只是試驗的組成部分之一，“張掖處于流域的中游，是我們最先開展試驗的地方。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尺度上開展試驗研究；在下游沙漠戈壁－額濟納胡楊林－戈壁－尾閭湖區，我們將選擇額濟納核心綠洲為下游天然綠洲試驗區。”

　　“做”一條舉世聞名的河流

　　近些年來，一門新興的科學方興未艾“流域科學”。程國棟院士曾這樣解釋：水與流域內其他系統的相互作用日益成為科學界所矚目的焦點，生態水文、生態經濟、環境水文地質、水文信息學等新學科應運而生。將流域作為一個整體來考慮，從“水-土-氣-生-人”的角度進行綜合集成研究。

　　流域可以表征地球系統的大部分動力特征，大氣－山地冰凍圈－河流－湖泊－地下水－生態系統－土地利用－人類活動所構建起的流域圖景，正是地球系統的一個生動寫照?！翱梢哉J為流域是地球系統的縮微，是自然界的基本單元?！背虈鴹潗?。

　　隨著地球變化研究的不斷深入和系統化，各國、特別是發達國家對流域的研究也逐漸深入。歐洲的萊茵河、澳大利亞的達令河……這些著名的河流已經不僅僅是文化藝術的搖籃、人間勝景的代表，更是科學領域的“明星”。而美國，更是早在上個世紀90年代就掀起了流域研究的高潮，并持續至今。

　　國家自然科學基金委員會主任陳宜瑜院士在立項之初就提出這樣一個目標：“黑河做完以后，要與歐洲的萊茵河，澳大利亞的達令河相比，要在國際上具有一定的影響力?！?

　　今天，來自全國各研究機構和高校的科學家們正朝著這個方向努力著?？茖W家們正是希望通過黑河流域生態-水文過程集成研究，建立我國內陸河流域科學觀測-試驗、數據-模擬研究平臺，認識內陸河流域生態系統與水文系統相互作用的過程和機理，提高內陸河流域水-生態-經濟系統演變的綜合分析與預測預報能力，為國家內陸河流域水安全、生態安全以及經濟的可持續發展提供基礎理論和科技支撐。