开流域研究先河

    发源于甘肃省西北部的黑河，是我国第二大内陆河。这条河蜿蜒900多公里，流经青海、甘肃、内蒙古，滋润着干旱土地上的绿洲，孕育着流域内千千万万的百姓。

    如今，黑河又成为科技界关注的焦点——国家自然科学基金委员会重大研究计划“黑河流域生态-水文过程集成研究”已经正式启动。这项被简称为“黑河计划”的科研项目，预算总经费为1.5亿元，预计执行期为8年，将以我国黑河流域为典型研究区，探讨我国干旱区内陆河流域水-生态-经济的相互联系。同时，中国科学院也先后布置了多期西部行动计划项目，支持了黑河流域的综合观测试验和生态示范工程。

    遥感，重点项目的重中之重

    张掖，是河西走廊最大的绿洲。“黑河流域生态－水文过程综合遥感观测联合试验”得到了“黑河计划”重点项目群和中国科学院西部行动计划三期项目“黑河流域生态-水文遥感产品生产算法研究与应用试验”的联合支持，它的一个重要的试验区就设在张掖城南一片900平方公里的绿洲上，浓密的玉米地里“藏”着各种精密的仪器设备，在其中一个5.5公里×5.5公里的加密观测区内，就包括由17台涡动相关仪、自动气象站和8套大孔径闪烁仪构成的观测矩阵，以及几百个无线传感器节点构成的生态水文传感器网络。科研人员每天都守在陇间，获取第一手的数据。同时，运12飞机搭载着可见光近红外、热红外和微波波段的先进遥感器以及激光雷达，多次飞行在黑河中游和上游的核心观测区、生态样带和黑河河道，进行着关键生态水文参数的获取。

    中科院寒区旱区环境与工程研究所的李新研究员，是这一试验的负责人。因为长期在野外工作，他的肤色看上去已经和当地人没什么两样。“制种玉米是当地的主要经济作物，也是整个黑河流域的主要经济作物。我们研究这里的降水、灌溉、蒸散发、土壤水分、作物生长情况等，这是了解黑河流域水-生态-经济系统的组成部分之一。”他说，在5.5公里×5.5公里的试验区内，分布着玉米地、蔬菜地、果园、居民地……试验团队根据作物结构、防护林朝向、村庄与道路分布、土壤水分与灌溉状况等，将该区域划分成17个小区，“分得越详细、数据获取越多，我们最终的模型也就更精准。”

    科学家解释说，他们希望能够了解黑河流域的整体情况，但不可能对全流域都进行人工调查。因此，只能依靠遥感与地面观测相结合的手段。他们先在一些面积较小的典型区域中进行遥感试验，同时进行实地观测，然后再比较，校正遥感精度，建立遥感模型。“这一模型将被应用于全流域，从而得到整个流域的信息。”

    “我们这个试验将联合多学科、多机构、多项目的科研人员，是2012—2015年间，在黑河流域开展的一次卫星和航空遥感及地面观测互相配合的多尺度综合观测试验。”李新说，他们正在张掖进行的只是试验的组成部分之一，“张掖处于流域的中游，是我们最先开展试验的地方。在上游，我们将在黑河干流上游流域、八宝河子流域和典型小流域三个尺度上开展试验研究；在下游沙漠戈壁－额济纳胡杨林－戈壁－尾闾湖区，我们将选择额济纳核心绿洲为下游天然绿洲试验区。”

    “做”一条举世闻名的河流

    近些年来，一门新兴的科学方兴未艾——“流域科学”。程国栋院士曾这样解释：水与流域内其他系统的相互作用日益成为科学界所瞩目的焦点，生态水文、生态经济、环境水文地质、水文信息学等新学科应运而生。将流域作为一个整体来考虑，从“水-土-气-生-人”的角度进行综合集成研究。

    流域可以表征地球系统的大部分动力特征，大气－山地冰冻圈－河流－湖泊－地下水－生态系统－土地利用－人类活动所构建起的流域图景，正是地球系统的一个生动写照。“可以认为流域是地球系统的缩微，是自然界的基本单元。”程国栋说。

    随着地球变化研究的不断深入和系统化，各国、特别是发达国家对流域的研究也逐渐深入。欧洲的莱茵河、澳大利亚的达令河……这些著名的河流已经不仅仅是文化艺术的摇篮、人间胜景的代表，更是科学领域的“明星”。而美国，更是早在上个世纪90年代就掀起了流域研究的高潮，并持续至今。

    国家自然科学基金委员会主任陈宜瑜院士在立项之初就提出这样一个目标：“黑河做完以后，要与欧洲的莱茵河，澳大利亚的达令河相比，要在国际上具有一定的影响力。”

    今天，来自全国各研究机构和高校的科学家们正朝着这个方向努力着。科学家们正是希望通过黑河流域生态-水文过程集成研究，建立我国内陆河流域科学观测-试验、数据-模拟研究平台，认识内陆河流域生态系统与水文系统相互作用的过程和机理，提高内陆河流域水-生态-经济系统演变的综合分析与预测预报能力，为国家内陆河流域水安全、生态安全以及经济的可持续发展提供基础理论和科技支撑。

    （本报记者 齐 芳）