黑河流域生态—水文过程综合遥感观测联合试验总体设计

介绍了"黑河流域生态—水文过程综合遥感观测联合试验"的背景、科学目标、试验组成和试验方案。试验的总体目标是显著提升对流域生态和水文过程的观测能力,建立国际领先的流域观测系统,提高遥感在流域生态—水文集成研究和水资源管理中的应用能力。由基础试验、专题试验、应用试验、产品与方法研究和信息系统组成。其中,①基础试验:搭载微波辐射计、成像光谱仪、热像仪、激光雷达等航空遥感设备,开展一系列关键生态和水文参量的观测;发展遥感正向模型及反演和估算方法。形成覆盖全流域的水文气象综合观测网,为流域生态—水文模型研究提供更有代表性的模型参数、驱动数据及更高精度的验证数据。构建无线传感器网络,度量生态水文模型所需的若干关键的驱动、参数和模型状态的空间异质性。开展航空遥感定标和地基遥感试验。依托传感器网络,并辅之以地面同步和加密观测,开展遥感产品真实性检验。②专题试验:开展"非均匀下垫面多尺度地表蒸散发观测试验",采用密集的涡动相关仪、大孔径闪烁仪与自动气象站的观测矩阵,为揭示地表蒸散发的空间异质性,实现非均匀下垫面地表蒸散发的尺度扩展,发展和验证蒸散发模型提供基础数据。③应用试验:在流域上、中、下游分别开展针对积雪和冻土水文、灌溉水平衡和作物生长、生态耗水的综合观测试验,将观测数据和遥感产品用于上游分布式水文模型、中游地表水—地下水—农作物生长耦合模型、下游生态耗水模型,通过实证研究提升遥感在流域生态—水文集成研究和水资源管理中的应用能力。加强试验将在2012年5月起按中游、上游、下游的顺序展开,全流域持续观测期为2013—2015年。在各类试验的支持下,开展全流域生态—水文关键参量遥感产品生产,发展尺度转换方法,建立多源遥感数据同化系统。     

流域生态水文过程模拟研究进展

生态水文学作为生态学和水文学的交叉学科,得到了相关研究者的广泛关注,并成为水文水资源研究领域中的一个热点,生态水文过程主要包括水文过程、生态过程以及二者之间相互作用的过程。从生态水文学内涵的角度,对山地、湿地、干旱区生态水文过程模拟以及流域集成模拟进展做了阐述,并分析建模的策略和统计了部分生态水文模型,考虑了建模过程中的尺度、数据、精度3个关键问题。并对生态水文模拟发展趋势做了展望,指出在未来的研究中应更多的关注以下几个方面:①生态水文过程模拟建模基础研究;②生态水文过程集成模拟研究;③基于数据库和GIS/RS技术的生态水文过程耦合模拟研究;④与原型观测相结合的生态水文过程模拟研究。建立符合我国实情的生态水文模型,是现阶段我国生态水文学研究的重要任务。     

黑河流域生态—水文观测试验与水—生态集成管理研究

对黑河流域水—生态—经济系统研究的主要内容“流域生态—水文观测试验与流域水—生态集成管理”做了概要论述。认为流域水循环、生态水、集成水管理三大科学问题的解决必需加强该领域的研究;结合黑河流域的前期基础、研究现状和能力建设,提出了近期研究的4个领域：流域水循环、水平衡与可利用水资源;流域生态—水文过程与生态环境用水;人类活动驱动的流域水—生态系统演变;流域生态—水文野外平台与流域集成环境。对此进行了进一步的阐述,对该方面研究的方法论和技术难点亦做了简述。     

黑河流域近两千年人—水—生态演变研究进展

理解流域历史时期的人—水—生态演变过程和规律,对其当前和未来的管理规划极为重要。通过梳理近几十年来有关学者对西北干旱区典型内陆河流域——黑河流域过去2 000年的水环境、人类活动、生态环境演变及其耦合研究等方面的成果,发现单个方面的研究均已较为普遍和成熟,并且积累了大量的素材和数据,但是缺乏以流域为单元,从长时间尺度综合考虑人—水—生态相互作用,定量分析人—水—生态协同演化过程的研究成果。今后的研究,一是应当着重于数据挖掘方法的探索,对已有成果进一步挖掘并进行对比和校正,构建一套长时间序列的可靠的人类活动、水文和生态数据集;二是应当着重于动力学模型的构建,增加生态—水文系统与人类活动的互馈机制描述,刻画人—水—生态的协同演化过程,从而达到通过揭示流域过去2 000年的人—水—生态协同演化过程,为流域当前和未来的管理提供历史镜鉴,为国内外的其他类似流域提供参考。社会水文学的提出无疑将极大地促进流域人—水—生态演变研究的发展。     

内陆河流域基于绿水理论的生态—水文过程研究

水文过程与植物生态过程之间的相互作用,是生态水文学研究的重点。基于Falkenmark等提出的绿水和蓝水概念的生态水文学研究,使水循环与生态学过程紧密地联系起来,并凸现了植物对水循环的作用。按绿、蓝水的理论思路进行分析,植被的水源涵养功能可看作是森林、草地等对天然降水在绿水和蓝水之间的按比例分成;荒漠雨养植被中植物的水循环模式是“纯绿”的,即降雨渗入土壤的水都以蒸散发（绿水）形式消耗掉;荒漠河（湖）岸植物的水循环是由蓝到绿,即其水分来源是地下水（蓝水）,经蒸腾（绿水）而消耗。     

黑河流域地下水研究进展综述

本文在分析和总结前人研究成果的基础上,综述了地下水研究的主要技术手段与方法,详细介绍了黑河流域地下水研究的主要内容与现状,包括地下水特征及成因分析、地下水资源变化储量、地下水与地表水之间的转化关系、地下水变化对生态环境的影响、地下水模拟方面的研究进展.最后,概述了此方面研究存在的主要问题,并展望了今后的研究方向.     

黑河流域生态水文样带调查

样带研究是研究全球变化与陆地生态系统关系最有效的途径之一。通过在黑河流域上、中、下游分别确定具有代表性的流域样带和空间网格,系统调查植被、土壤、水文、地貌和气候特征及人类活动和社会经济特征,建立相应的数据库。完善流域整体概念的野外观测试验研究网络,形成以流域为单元、科学问题为导向的生态—水文过程的数据—模拟研究平台,使我国流域生态水文研究进入国际先进行列。     

内陆河流域森林生态系统生态水文过程研究

面对国家重大需求及生态水文学发展方向,指出内陆河流域森林生态系统生态水文过程研究的重要性。综述干旱区森林生态系统生态水文过程研究进展,同时总结该领域研究的不足,特别提出要加强森林生态系统融雪径流、壤中流和蒸散发的研究,旨在理解干旱区内陆河上游森林植被水源涵养功能,回答林业生态重大科学问题,同时以期推动内陆河流域森林生态...     

中国岩溶湿地生态水文过程研究进展

岩溶湿地是广泛分布于岩溶地区的一种特殊的湿地类型。受特殊水文地质结构的控制,岩溶湿地生态系统的结构和功能与其他湿地类型有着显著差异。基于国内外湿地及岩溶湿地相关研究成果的基础上,阐述了我国西南岩溶湿地具有上下双层结构、封闭的储蓄水构造、快速的生态水文循环等特点,以及地表水-地下水转化、生态需水转化的规律和研究方法,分析了人类活动对岩溶湿地水量、水质以及生态系统演化的影响,并总结了岩溶湿地生态水文模型的研究现状及发展趋势。最后,针对目前岩溶湿地生态水文过程研究中存在的问题,提出在未来研究中应加强对岩溶湿地结构及生态水文循环过程的研究、查明人类活动对岩溶湿地产生的影响、构建生态水文耦合模型等建议。     

黑河流域节水生态农业与流域水资源集成管理研究领域

概述了中国内陆河流域面临的水问题和日益激化的用水矛盾,强调了内陆河地区支柱产业--绿洲农业应该坚持节水和生态的方向,流域集成管理是持续农业的基础.长期从事该方面研究的黑河流域是个较好借鉴,同时也提供了深入开展相关研究的基础,为此提出了以黑河流域为背景的四大研究流域:水文、生物、经济系统水循环与水资源形成演变,节水农业的生物学研究与抗旱品种繁育,农业节水新材料研发与工程节水技术集成,水资源合理配置与流域集成管理;并简述了各领域的主要方向.     

黑河流域可持续发展的生态经济学研究

黑河流域生态环境脆弱,经济发展相对落后,水资源短缺已成为制约流域可持续发展的主要限制因素,从生态经济系统的角度研究黑河流域的诸多生态经济问题具有很强的现实和理论意义. 黑河流域的水资源不仅是流域社会经济环境可持续发展最主要的限制因子,而且是联系流域生态系统和经济系统的纽带. 在系统总结国际上关于流域尺度生态经济研究状况、进展和黑河流域相关研究的基础上,提出了以水资源可持续利用研究为纽带的黑河流域生态经济综合研究框架,具体研究内容主要包括: 1)生态过程模拟模型的研究; 2)宏观经济水资源模拟模型的研究; 3)环境变化条件下流域水资源可持续利用研究; 4)水资源可持续利用管理研究; 5)决策支持系统的研制. 最后, 根据现有的基础和条件,指出了在黑河流域生态经济综合研究中需要解决的关键问题.     

黑河流域生态水文传感器网络设计

在黑河上游八宝河流域和中游盈科灌区,以无线传感器网络为纽带,高效集成流域尺度内密集分布的、多源异构传感器的各种气象、水文及生态观测项目,建立自动化、智能化、时空协同的、各观测节点远程可控的生态水文传感器综合观测网络;通过优化地面采样方案,精细观测和准确度量流域尺度内空间异质性较强的关键水文生态要素的时空动态过程、时空变异性和不确定性;研究针对星载/机载遥感真实性检验的地面传感器采样方案,精细验证遥感反演精度,深入挖掘各种遥感手段在流域综合观测中的作用和潜力;全面提高流域水文生态过程的综合观测能力和观测自动化水平。     

黑河流域节水生态农业与流域水资源集成管理研究领域

概述了中国内陆河流域面临的水问题和日益激化的用水矛盾,强调了内陆河地区支柱产业——绿洲农业应该坚持节水和生态的方向,流域集成管理是持续农业的基础。长期从事该方面研究的黑河流域是个较好借鉴,同时也提供了深入开展相关研究的基础,为此提出了以黑河流域为背景的四大研究流域：水文、生物、经济系统水循环与水资源形成演变,节水农业的生物学研究与抗旱品种繁育,农业节水新材料研发与工程节水技术集成,水资源合理配置与流域集成管理;并简述了各领域的主要方向。     

黑河流域降水的研究进展与展望

归纳总结了黑河流域降水方面已有的研究成果,主要集中在流域降水的时空变化规律及降水的影响因子分析两个方面.在降水变化研究方面,对整个流域降水的时空变化特征与上游祁连山区降水的变化特征分析已有不少工作;在降水影响因子研究方面,对上游祁连山区地形与降水的关系研究在逐步开展;水分条件,气候变化、人类活动与流域降水的关系研究也取得了一些进展.这些研究使我们对流域的气候特征、降水分布情况及降水的地形影响等方面有了一定的了解.为更全面、深入地研究黑河流域降水机理奠定了基础,但仍需在以下两个方面展开深入细致地研究:1)与大尺度环流系统变化有关的水汽来源及输送对黑河流域降水的影响;2)与地形有关的局地因子对黑河流域降水的影响.     

黑河流域地下水与地表水转化研究进展

地处我国干旱内陆区的黑河流域,其地表水与地下水在不同的地貌单元发生着大数量的、有规律的、重复的转化过程,极大地提高了水资源的利用率.早在20世纪80年代,甘肃省地矿局等单位率先开展了有关黑河流域地表水与地下水转化过程研究的国家"七五"、"八五"科技攻关项目,取得了丰富的勘查研究成果,促进了这一地区有限水资源的合理开发利用.进入21世纪以来,随着勘查研究理论的丰富和环境同位素技术的广泛应用,黑河流域地表水与地下水资源及其循环转化引起了学术界的广泛关注,并相继完成并发表了一批具有较高水平和学术价值的科研成果,进一步提高了干旱区水资源的开发与保护.但仍存在着水资源转化关系和转化规律还缺乏流域系统研究、中下游盆地深层地下水的补给来源尚不能确定等方面的不足,不利于协调社会经济发展与生态环境保护之间的用水矛盾.     

黑河流域水资源承载力的生态经济研究

西北干旱内陆河流域水资源是联系生态系统和经济系统的纽带,从生态经济的角度,给出了水资源承载力的概念. 在总结水资源承载力的特点和研究方法的基础上,将水资源承载力的研究纳入了生态经济系统的背景下进行综合集成研究. 以黑河流域中游为例,提出了研究水资源承载力的多目标模型和纳入生态价值模块的途径和方法,从价值量的角度对流域生态系统和经济系统进行了初步的耦合研究,并根据模型的优化分析结果分析了未来20 a黑河流域张掖地区的水资源承载力.     

陆面水文过程与大气模式的耦合及其在黑河流域的应用

陆面过程模式对陆面水文过程有比较详尽的描述,然而,目前的陆面水文过程只考虑了垂直方向的水分运移,比较适合平坦地区的模拟,而在地形坡度较大的山区只考虑垂直方向的水分移动是不够的,尤其是目前随着计算机条件提高,分辨率越来越高,地表水以及土壤水的侧向流动成为山区水文过程必须考虑的部分。同时,目前的陆面过程模式中的径流量是作为诊断量处理,不参与运算。针对以上问题,对Noah陆面过程模式进行了改进,增加了地表积水和积水蒸发、坡面汇流方案、次表面流方案,并且将Routing模块通过次网格过程与大气中尺度模式MM5耦合,发展了高分辨率大气—水文耦合模式。运用发展的高分辨率大气—水文耦合模式,对黑河流域中上游2003年6月23~25日降水过程进行了模拟,研究了陆面水循环过程对大气场的影响。结果表明陆面水循环过程对近地层大气影响很大,首先影响了土壤的湿度与蒸发,进而对边界层稳定性,云结构、云水、雨水含量产生影响,对区域降水也有一定影响。     

半干旱区景观格局与生态水文过程研究进展

景观格局和生态水文过程之间具有紧密的联系和相互作用,在半干旱地区这种联系尤为显著,是地球科学研究的重要前沿领域.尺度效应在两者关系中起重要作用,不同尺度下两者相互作用机制有很大差异.归纳总结了半干旱地区景观格局与生态水文过程的研究现状与进展,包括二者相互作用机理、影响因素、干扰、尤其是人为干扰对这种相互作用的影响,以及模型模拟等.以尺度为线索,在斑块、坡面和流域尺度进行展开.最后,提出了半干旱地区景观格局与生态水文过程研究中存在的问题、热点和趋势,包括物理机制、干扰后的恢复机制、模型发展、流域尺度集成及尺度转换.     

基于文献计量学的黑河流域研究进展分析

水资源是生态环境与社会经济发展之间的焦点和枢纽,流域是水文水资源研究的基本单元,在流域尺度上开展综合集成的水文水资源研究是当前水科学研究的热点。我国西北地区的黑河流域是国内第二大内陆河流域,由于其独特的水文与地理特性成为流域科学研究的重点流域之一。基于Web of Science核心合集数据库,从学科发展与问题聚焦相结合、时间演化与空间变化相结合的全新视角评价我国黑河流域研究取得的科学进展,并与世界其他流域科学研究进行对比分析。结果显示,黑河流域研究在遥感、蒸散发、水循环、干旱区水资源管理与利用、气候变化等方面的研究为流域科学相关研究做出了积极贡献。近30年来,特别是国家自然科学基金重大研究计划"黑河流域生态—水文过程集成研究"的实施和黑河生态水文遥感等大型野外观测试验的开展大力推进了黑河流域科学研究,黑河流域研究论文的数量在世界流域科学研究中的排名已经进入前20位。基于文献计量的数据挖掘和对比研究可以为流域科学研究提供借鉴。     

黑河流域水环境演变及其驱动机制研究进展

基于近几十年来诸多学者对西北干旱区典型内陆河流域——黑河流域水环境演变诸方面研究成果,综述了上游山区成水环境、中游绿洲用水环境和下游荒漠天然绿洲水成环境在不同时间尺度上的演变过程及其驱动机制。通过对各种古环境代用指标的对比研究表明：在大尺度上,流域上下游表现出阶段性的一致性水环境演变趋势;在小尺度上,则表现水环境演变的时空异质性。驱动机制方面,在空间上,流域上、中、下游水环境演变的气候变化和人类活动影响驱动作用各有侧重;在时间上,表现为不同尺度上气候变化与流域人类活动耦合作用的驱动机制。