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作为一种新的观测手段，遥感在流域综合管理和流域科学研究中的应用具有得天独厚的优势，扮演了举足轻重的角色，而且呈现出对遥感越来越依赖的趋势。如何更好地利用遥感技术开展流域综合管理和流域科学研究成为科研工作者和行业人员的必修课，而目前国内外还没有一本系统的流域遥感方面的参考书。  吴炳方教授初学水利工程，又学水资源与水环境，长期从事遥感应用，具有水利、环境和遥感的多学科融合的知识和学识，围绕流域综合管理与治理的一些关键问题，潜心研究多年，成功研制了陆表蒸散发遥感模型，创新性地提出了流域耗水管理方法。《流域遥感》 一书是吴教授在前人研究的基础上，结合自身多年研究经历，对流域遥感的系统性总结，全面介绍了流域下垫面遥感监测，流域水循环遥感，流域水资源遥感估算，流域耗水管理，流域生态、灾害、水利工程遥感监测的系统性理论、方法与监测技术，介绍了大量遥感服务流域管理的案例和作者独到的见解。 中国工程院院士 2019 年10 月28 日 流域遥感是服务于流域综合管理和以流域为对象的流域科学研究。它以流域为单元，应用遥感技术，对流域下垫面结构、能量、水分、生物及地球化学循环、自然灾害和人类社会活动对资源与环境影响进行综合监测，为流域系统科学发展和流域综合管理提供数据和方法支持。它从宏观和立体的角度，着眼于由空中取得的地表和大气信息，即以地表地物(植被、水、土壤、能量等) 和空气中的水蒸气对电磁辐射的反应作为基本依据，结合使用其他地表监测资料，研究流域自然结构和人类活动影响下流域生态-水文过程和资源环境效应。主要包括流域生态环境参数获取与传输、流域下垫面要素监测、水文循环参数反演、自然灾害和人类活动影响下的流域水利工程监测、水资源管理等。 ▲河北省石家庄市岗南水库面积变化遥感监测图(朱鹤，2013) 流域遥感作为流域科学和流域综合管理的基础，其主要研究内容包括流域内水文、生态、环境信息遥感获取方法和应用方法，建设多尺度、多学科交叉的，能够连接河流形态变化和生态过程的，具有模拟预测功能的理论方法体系；综合监测洪泛平原、河道、地下水系统，以及不同系统之间的水量交换；在原有河流水文要素监测的基础上，对生物、生态要素和河流沉积物监测；加强众源、化学和生物传感器网络、无线传输和遥感技术等新型设备和探测手段的应用。 流域遥感主要用于流域基础图绘制、水文监测与预报、流域上下游关系分析、治理优先等级划分、水资源开发以及灌溉水管理等方面。流域基础图件制作包括流域河流水系分布、地形地貌、土壤、土地利用/ 覆盖类型、水土流失风险、生物多样性、洪水淹没面积、水质环境等。水文监测与预报是指利用卫星遥感数据直接或间接获取降水、蒸散发、水储量、土壤水分含量等参数，生成时空连续的数据集，并结合流域土地利用、植被覆盖度、不透水面盖度等下垫面监测结果，进行洪灾与旱灾的预报；水资源开发方面，主要是水资源监测与评价、水资源量核算，以及水分生产率、节水潜力与效率的评估等，遥感的应用已逐渐由制图、监测、评估向服务于精细管理过渡。 ▲基于FY-3A/ MERSI 数据的洪水监测产品示例 利用洪水前期、洪水高峰期、洪水下降期和洪水结束期多个时相的FY-3A/ MERSI 数据，可建立水体识别模型，监测洪水水情变化，并提取和统计洪水面积(图7-4)。结果表明，该产品能及时、准确地监测洪水水情变化，可为洪水监测业务服务(郭立峰等，2015)。 当前，国内外基于遥感技术与地面观测的方法开展了流域遥感的初步研究，以获取流域尺度的遥感信息；以流域为对象，国内外开展了很多大型的流域科学实验，如黑河流域综合遥感联合试验( “Water” 与“Hi Water”)、第一次国际卫星陆面气候学项目野外试验、实施了撒哈拉沙漠南缘地区萨赫勒水文大气引导试验(HAPEX-Sahel)、亚马孙流域大尺度生物-大气圈试验、亚洲季风试验、淮河流域试验、美国南部大平原的沃希托(Washita) 流域与美国亚利桑那州(Arizona) 的沃尔纳特古勒克(Walnut Gulch) 流域遥感-地面一体化的观测实验等，寄希望于通过多源遥感的协同反演获得能够满足流域管理的信息。  黑河流域综合遥感联合试验 黑河流域综合遥感联合试验是为满足“流域水资源和其他资源的精细管理，定量评估自然环境变化和人类活动对流域的影响，为流域可持续发展服务” 要求的国际大背景下，开展的流域级遥感与地面同步观测实践。其目标是开展航空卫星遥感与地面观测同步试验，为发展流域科学积累基础数据；为实现卫星遥感对流域的动态监测提供方法和范例。联合观测试验分为寒区水文试验、森林水文试验和干旱区水文试验三个部分: ①在寒区水文试验区主要开展了微波辐射计、激光雷达、高光谱航空遥感试验。包括利用机载多波段微波辐射计获取雪深、地表冻融状况和土壤水分；利用机载激光雷达测量雪深和地表粗糙度；从高光谱遥感提取雪盖面积、雪反射率、雪粒径及试验区地表覆盖类型；在典型小流域同步开展双偏振多普勒雷达降水观测，地基微波辐射计观测，定点测量积雪和冻土的各种物理属性和水热变化特征；获取同期的雷达、被动微波、可见光近红外和热红外卫星遥感数据。②在森林水文试验区开展高光谱、多角度热红外、激光雷达航空遥感试验。包括利用高光谱遥感提取生物物理参数及植被类型；利用多角度热红外遥感器，获取森林、灌丛和草地的观测数据，反演地表和冠层温度；利用激光雷达测量植被的三维结构；获取同期的可见光近红外和热红外卫星遥感数据及雷达降雨观测数据。③在干旱区水文试验区开展了高光谱、多角度热红外、激光雷达、微波辐射计航空遥感试验。包括利用高光谱遥感提取生物物理参数及地表覆盖类型；利用多角度热红外遥感资料反演地表和冠层温度；利用激光雷达测量植被的三维结构和粗糙度；利用微波辐射计观测土壤水分；获取同期的各类卫星遥感数据及雷达降雨观测数据；配合航空遥感试验开展地面同步观测试验(李新和程国栋，2008)。黑河流域综合遥感联合试验是在大型流域尺度上开展流域遥感监测方法的一次实践，为满足未来流域尺度航空-卫星遥感与地面观测需求及建设常态化流域动态监测网络提供了方法和范例。  随着技术的发展，遥感数据产品将逐渐成为公共产品或服务产品，公共产品随时可以下载，服务产品可以下订单购得，流域机构建立单独的遥感机构进行数据产品生产的时代即将过去，而转向如何更好地利用好遥感数据产品。 因此，《流域遥感》（吴炳方著.北京: 科学出版社，2019. 11）一书的目的是回答——
遥感只有与行业知识结合，聚焦流域切实关注的问题，才能打通数据-信息-决策支持的瓶颈。在流域水资源问题日益严重之际，水利出身的吴炳方教授，以流域水资源问题最突出的海河流域为起点，潜心研制了流域蒸散发遥感监测模型，系统发展了流域耗水管理方法，并利用遥感技术对流域土地覆被、生态系统、水循环要素等进行了综合与系统的研究。该书从流域下垫面、流域水循环、流域水资源、流域耗水管理、流域生态、流域灾害等方面，从流域可持续管理的角度出发，阐述了流域管理的理念、学术思想与相关的方法，为流域可持续发展贡献了智慧与力量。我相信，该书的出版，将推动流域遥感方法的进一步完善，促进遥感与行业的进一步结合，遥感在推动流域的综合管理与流域科学发展的同时，反过来也将迎来新的发展机遇，促进流域遥感的跨越式发展。 中国科学院院士 2019 年10 月23 日 |
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