本文刊載於《中國科學院院刊》2020年第11期
「中國科學院野外臺站」
《中國科學院黑河遙感試驗研究站》
中國科學院西北生態環境資源研究院
中國科學院黑河遙感試驗研究站（以下簡稱「黑河遙感站」）隸屬於中國科學院西北生態環境資源研究院。黑河遙感站位於甘肅省張掖市，地處河西走廊中部、中國第二大內陸河黑河流域中遊、巴丹吉林沙漠南緣、祁連山北麓青藏高原、蒙古高原的過渡地帶。其所處地區氣候類型為典型的溫帶大陸性氣候，是我國乾旱區內陸河流域典型代表區域。
黑河遙感站成立於 2009 年 5 月。2014 年，中國科學院遙感試驗與地面觀測網絡（RSON）正式成立；黑河遙感站被納入該網絡，並負責 RSON 的組織和運行。2018 年獲批甘肅省野外科學觀測研究站。
黑河遙感站立足黑河流域，是一個完整的封閉系統，包含了上遊的冰雪、凍土和高寒草原，中遊的人工綠洲，以及下遊的荒漠和天然綠洲等陸地生態系統，是開展地球系統科學研究的理想場所。自 2007 年起，黑河遙感站就已經開展了系統性的流域尺度觀測系統設計和建設工作，至今已有 10 餘年的觀測數據積累。黑河遙感站「基地-定點觀測-像元尺度觀測-流域尺度觀測」的觀測系統構架和試驗模式，覆蓋了內陸河流域多數生態系統。經過 10 餘年的能力提升，臺站所在的黑河流域被遴選為聯合國教科文組織國際水文計劃乾旱區水與發展全球信息網絡（UNESCO IHP G-WADI）、全球能量和水循環試驗（GEWEX）跨領域研究項目國際高山流域水文研究網絡（INARCH）的試驗流域。
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主要研究方向
黑河遙感站立足於寒區旱區並存的內陸河流域，以遙感機理研究為基礎，開展寒旱區關鍵生態水文參數遙感反演及遙感產品真實性檢驗，並應用於寒旱區生態、水文過程模擬與數據同化。
1.寒旱區遙感機理研究。開展典型下墊面可見光/近紅外、熱紅外和微波輻射散射特徵的全波段觀測，發展寒旱區遙感輻射傳輸模型與定量遙感反演方法。
2.遙感產品生產與真實性檢驗。開展星機地同步觀測試驗，發展內陸河流域關鍵生態和水文參數遙感反演算法和尺度轉換方法，生產覆蓋全流域的高時空解析度遙感產品，開展遙感像元尺度的真實性檢驗研究。
3.遙感產品應用研究。發展流域集成模型，同化多源遙感數據產品，精細模擬流域尺度的生態和水文過程。
4.生態儀器研製。通過原始和集成創新，研發國產自動化、智能化新型生態系統關鍵參量監測設備。
黑河遙感站上遊的阿柔超級站
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研究成果與科學貢獻
黑河遙感站在中國科學院西部行動計劃、國家自然科學基金委員會重大研究計劃等重大科研項目的支持下，經過 10 年的持續努力，聯合國內外科研單位建立了黑河流域地表過程綜合觀測網。圍繞遙感反演算法機理、遙感產品生產與驗證、水文與生態過程、決策支持系統等方面展了一系列創新性的研究工作，發表 SCI 論文近 300 篇，獲批專利 20 餘項，獲得省部級自然科學獎一等獎 2 項，共享數據集 800 餘條，為 28 800 多人次提供數據服務，支持各類科研項目 470 多項，開創了國內科學數據共享的新模式。相關科學研究進展如下：
1.黑河流域水文生態觀測系統。黑河流域觀測系統設置了上遊高寒山區試驗區、中遊人工綠洲試驗區和下遊天然綠洲試驗區，在每個試驗區都布設了相應的觀測系統。觀測站點的布設既考慮水文氣象觀測網在整個流域上的代表性，同時也兼顧了上、中、下遊的不同科學問題。
2.遙感反演算法機理。通過地基遙感與星機地同步觀測發展了面向寒旱區陸地關鍵參量的定量遙感算法。包括：積雪面積、積雪覆蓋度、雪粒徑和雪深等一系列反演算法，雙指標地表凍融判識算法和多源遙感凍土製圖方法，以及地表蒸散發、淨初級生產力、碳循環等植被遙感估算方法。
3.遙感產品生產與真實性檢驗。針對寒旱區積雪、凍土、植被等典型地表特徵，研發了多套長時間序列遙感產品。這些產品被國內外學者認可並廣泛應用在氣候變化、水文水資源和災害等領域。構建了異質性地表遙感產品真實性檢驗的理論框架和方法體系，系統地發展了異質性地表優化採樣、多尺度觀測、尺度上推、空間代表性誤差估計的新理論、新方法。
4.黑河流域生態-水文-經濟模型集成。構建了耦合生態-水文-經濟的全流域生態水文集成模型，結合流域綜合觀測數據，揭示了黑河流域完整的水量平衡過程，闡明了流域作物尺度、灌區尺度、農戶尺度、區縣尺度、流域尺度的水資源生產力，並系統評價了退耕及大型水庫修建潛在的水文影響。
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人才培養與隊伍建設
黑河遙感站建站以來，在寒旱區遙感機理及遙感產品的生產、檢驗與應用研究領域具有明顯的學科優勢，培養了大批從事寒旱區遙感的科研人才，形成了一支穩定的科研隊伍。包括：中國科學院青年創新促進會會員 3 人、「西部之光」人才 6 人；研究生獲得國家獎學金 9 人、中國科學院朱李月華優秀博士生獎學金 4 人。
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科研能力與技術平臺
自 2014 年以來，黑河遙感站在中國科學院、甘肅省科學技術廳的共同支持下，對臺站的基礎設施和科研技術平臺進行了全面建設，由此形成了「基地-試驗區-區域」的觀測和試驗模式。黑河遙感站基地佔地面積 56 畝，其中產權面積 30 畝，擁有 1 200 m2 綜合辦公樓，具有辦公、會議、住宿、餐飲等設施，可保障約 50 人駐站長期野外研究和試驗。建成了 800 m2 的微波定標暗室，可用於 0.5—11 GHz 微波遠場定標。架設了行走式地基遙感塔吊，高 30 m，水平臂架長 25 m，鐵軌長度 25 m，可搭載多種光譜儀與傳感器針對多種下墊面進行多角度、多觀測高度的地基遙感控制試驗。
通過蒸滲儀/植被液流儀-渦動相關儀-大孔徑閃爍儀、土壤水分傳感器-宇宙射線土壤水分測定儀-土壤溫溼度無線傳感器網絡等多尺度地表通量與土壤水分觀測系統及水文氣象要素等配套參數的觀測，在黑河上、中、下遊 3 個寒旱區典型下墊面構建了像元尺度遙感試驗場，形成了「地面單點/多點—航空像元—衛星像元」多尺度轉換的綜合觀測試驗能力，可支持當前和未來國內外一系列遙感產品的真實性檢驗。
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開放與交流
基於黑河流域長期、系統的觀測研究歷史，齊全並開放的科研基礎設施和優質的科研保障隊伍，黑河遙感站已成為寒旱區生態與水文試驗遙感基地、寒旱區定量遙感產品真實性檢驗基地和西部遙感示範、教育和培訓基地。
建站以來，依託黑河遙感站實施中國科學院戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金等科研項目 115 項。黑河遙感站與北京師範大學、中國科學院空天信息創新研究院、中國科學院青藏高原研究所等單位建立了長期緊密合作關係，舉辦多次學術交流研討會。
在國際合作交流方面，黑河遙感站與日本、美國、加拿大等 10 餘個國家的高校、科研機構建立了長期夥伴關係。2009—2019 年，以黑河遙感站為教學實習基地，共培養了 318 名國際研究生和青年科研工作者。
黑河遙感站作為西部遙感示範、教育和培訓基地，致力於為國內外研究人員搭建遙感試驗和研究平臺，積極推動遙感科普和野外實習。每年來黑河遙感站的大專院校實習及中、小學夏令營活動師生超過 200 人次。
文章源自：
中國科學院西北生態環境資源研究院.中國科學院黑河遙感試驗研究站.中國科學院院刊,2020,(11):1424-1426.
總監製：楊柳春
責任編輯：張帆
助理編輯、校對：PAN
排版：百裡
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