李彤霄， 趙國(guó)強(qiáng)， 鄧天宏， 吳 蘇

(1.河南省氣象科學(xué)研究所，鄭州 450003； 2.中國(guó)氣象局·河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450003； 3.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所，鄭州 450003)

引 言

黃河是中國(guó)的第二長(zhǎng)河,發(fā)源于青海高原巴顏喀拉山北麓,在山東東營(yíng)注入渤海。黃河干流全長(zhǎng)5464 km,流域總面積79.5萬(wàn)km2(含黃河內(nèi)流區(qū))[1]。黃河流域地形地貌復(fù)雜，氣候多變多樣，物種資源豐富，構(gòu)成了多種多樣的生態(tài)體系[2]，是我國(guó)重要的生態(tài)安全屏障，也是人口活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要區(qū)域。

近年來(lái)，黨中央一直高度重視黃河流域的發(fā)展。習(xí)近平總書記指出黃河是中華民族的母親河，保護(hù)黃河是事關(guān)中華民族偉大復(fù)興和永續(xù)發(fā)展的千秋大計(jì)。將黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為國(guó)家戰(zhàn)略。因此，加強(qiáng)黃河流域生態(tài)保護(hù)意義重大。

黃河流域生態(tài)氣象觀測(cè)體系作為黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的重要科技支撐，是黃河流域生態(tài)安全建設(shè)工作的重要一環(huán)。做好黃河流域生態(tài)氣象觀測(cè)體系建設(shè)工作，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)綜合氣象觀測(cè)能力，構(gòu)建布局合理、定位準(zhǔn)確、層次分明、設(shè)備先進(jìn)、功能完備的生態(tài)系統(tǒng)氣象觀測(cè)站網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)家禁止開(kāi)發(fā)區(qū)、重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)和優(yōu)化開(kāi)發(fā)區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域的實(shí)時(shí)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)覆蓋黃河流域山、水、林、田、湖、城等各類典型生態(tài)系統(tǒng)，為中小尺度短期氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警、決策服務(wù)提供穩(wěn)定可靠的氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)及生態(tài)修復(fù)能力評(píng)估提供氣象數(shù)據(jù)支撐，為局地氣象災(zāi)害生態(tài)指標(biāo)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)為氣候變化研究及應(yīng)對(duì)氣候變化提供歷史資料，為國(guó)家戰(zhàn)略實(shí)施和生態(tài)文明建設(shè)提供有力支撐，對(duì)于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

黃河流域橫跨青藏高原、內(nèi)蒙古高原、黃土高原、華北平原等四大地貌單元和我國(guó)地勢(shì)三大臺(tái)階；擁有黃河天然生態(tài)廊道和三江源、祁連山、若爾蓋等多個(gè)重要生態(tài)功能區(qū)域；橫跨大陸非季風(fēng)帶和季風(fēng)帶、三個(gè)降水區(qū)、四個(gè)溫度帶[3]。因此，黃河流域生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，按照主要功能類型可將流域生態(tài)類型分為冰川、積雪、凍土；草原；森林；水體、濕地；荒漠；農(nóng)田；城市等。其主要生態(tài)區(qū)域具體分布情況見(jiàn)圖1。

圖1 黃河流域主要生態(tài)類型區(qū)分布情況

1 黃河生態(tài)氣象觀測(cè)狀況

1.1 生態(tài)氣象觀測(cè)

生態(tài)氣象觀測(cè)是對(duì)農(nóng)田、森林、草地、湖泊、荒漠、濕地等代表性生態(tài)系統(tǒng)中水、土壤、大氣、生物等生態(tài)系統(tǒng)不同要素觀測(cè)的總稱[4-6]，是了解不同生態(tài)系統(tǒng)中地氣間能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)性工作，也是生態(tài)氣象信息服務(wù)、天氣氣候預(yù)測(cè)模式參數(shù)獲取和相關(guān)科學(xué)研究工作的基礎(chǔ)[7-10]。

目前，氣象、林業(yè)、環(huán)境、水利、海洋等部門都針對(duì)不同的生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)展了生態(tài)氣象觀測(cè)工作，其中以氣象部門觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)備較為完善，觀測(cè)內(nèi)容較為豐富。氣象部門憑借覆蓋96%以上鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣象監(jiān)測(cè)站網(wǎng)、在軌運(yùn)行的9顆“風(fēng)云”氣象衛(wèi)星，以及190部新一代天氣雷達(dá)、653個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站、2111個(gè)自動(dòng)土壤水分觀測(cè)站，能夠從陸地到海洋、從地面到高空，全方位、多層次反映氣象條件變化，為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)估提供權(quán)威數(shù)據(jù)來(lái)源。氣象部門長(zhǎng)期依托農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站、氣候觀象臺(tái)、國(guó)家氣象觀測(cè)站和試驗(yàn)基地等，開(kāi)展草地、森林等生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期定位生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，依托衛(wèi)星、飛機(jī)、雷達(dá)等開(kāi)展不同時(shí)空尺度的生態(tài)狀況及氣候變量、溫室氣體、氣溶膠的遙感監(jiān)測(cè)，為國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)提供一定的技術(shù)支撐。

1.2 黃河生態(tài)氣象觀測(cè)現(xiàn)狀

建國(guó)以前，黃河生態(tài)氣象觀測(cè)基本上是空白。建國(guó)70年來(lái)，特別是近20年來(lái)，黃河流域生態(tài)氣象觀測(cè)站網(wǎng)逐步形成，從氣壓、氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)向風(fēng)速、日照等基本氣象要素觀測(cè)，到土壤水分、氣溶膠、負(fù)離子等，為流域生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)與服務(wù)提供基礎(chǔ)支撐。

根據(jù)2019年底中國(guó)氣象局統(tǒng)計(jì)，流域內(nèi)共有各類氣象觀測(cè)站19651個(gè)，以觀測(cè)層為分類依據(jù)，地面觀測(cè)(陸地和海洋表面-10 m)站共19597個(gè)，高空觀測(cè)(10 m-30 km)站47個(gè)，空間天氣觀測(cè)站(30 km以上)7個(gè)。初步建立起了天、空、地一體化的立體氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，為生態(tài)氣象研究與服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

針對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)，氣象部門利用風(fēng)云衛(wèi)星工程等項(xiàng)目，建成了由83個(gè)省級(jí)靜止氣象衛(wèi)星中規(guī)模接收站，11個(gè)省級(jí)FY-3(風(fēng)云3號(hào)衛(wèi)星)氣象衛(wèi)星資料接收站，7個(gè)省級(jí)EOS/MODIS(美國(guó)地球觀測(cè)系統(tǒng)衛(wèi)星中分辨率成像光譜儀)接收應(yīng)用站，9個(gè)省級(jí)FY-4氣象衛(wèi)星資料接收站和8個(gè)生態(tài)衛(wèi)星遙感反演產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)基地構(gòu)成的以國(guó)家級(jí)衛(wèi)星地面站為主、省級(jí)衛(wèi)星地面站為輔的全國(guó)氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收與共享網(wǎng)絡(luò)體系，流域各省基于EOS/MODIS、FY2/3(風(fēng)云2、3號(hào)衛(wèi)星)、H-8(日本葵花8號(hào)衛(wèi)星)等可見(jiàn)光和微波等多源遙感數(shù)據(jù)和美國(guó)陸地資源衛(wèi)星、國(guó)產(chǎn)高分系列及歐洲哨兵系列等多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，相繼開(kāi)展了農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害、森林火險(xiǎn)、秸稈焚燒、大氣環(huán)境污染、城市熱島、積雪監(jiān)測(cè)及NDVI(植被覆蓋指數(shù))、NPP(凈初級(jí)生產(chǎn)力)等生態(tài)氣象服務(wù)。同時(shí)通過(guò)部門合作，實(shí)現(xiàn)了高分衛(wèi)星、環(huán)境星等衛(wèi)星數(shù)據(jù)的分發(fā)與共享，為黃河流域生態(tài)環(huán)境氣象遙感監(jiān)測(cè)提供了業(yè)務(wù)保證。

1.3 黃河生態(tài)氣象觀測(cè)內(nèi)容

由于生態(tài)氣象研究的基本單元是生態(tài)系統(tǒng)，因此黃河生態(tài)系統(tǒng)的觀測(cè)也主要是依據(jù)黃河流域的不同生態(tài)系統(tǒng)展開(kāi)的。按照植被類型分，黃河生態(tài)系統(tǒng)從源頭到出海口生態(tài)類型多種多樣，主要生態(tài)系統(tǒng)為冰川、積雪、凍土生態(tài)系統(tǒng)，草原生態(tài)系統(tǒng)，森林生態(tài)系統(tǒng)，濕地生態(tài)系統(tǒng)，荒漠生態(tài)系統(tǒng)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，城市生態(tài)系統(tǒng)等生態(tài)系統(tǒng)[11-15]。

1.3.1 共性觀測(cè)內(nèi)容

由于各類生態(tài)系統(tǒng)基本組成是由水、土壤、大氣、生物4大要素構(gòu)成的，因此生態(tài)氣象最基本的觀測(cè)也是由基本的常規(guī)氣象觀測(cè)構(gòu)成的。常規(guī)氣象觀測(cè)包含氣溫、日照時(shí)數(shù)、輻射量、相對(duì)濕度、降水量、氣壓、風(fēng)向風(fēng)速、土壤墑情、蒸發(fā)量等基本觀測(cè)內(nèi)容。

1.3.2 各類生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)氣象觀測(cè)內(nèi)容

(1)冰川、積雪、凍土生態(tài)系統(tǒng)

黃河流域上游主要分布在青藏高原。作為青藏高原生態(tài)系統(tǒng)的一部分，冰凍圈綜合觀測(cè)是主要的觀測(cè)內(nèi)容。目前開(kāi)展的常規(guī)的地面氣象觀測(cè)主要是凍土、積雪、雪深、雪壓相關(guān)的地區(qū)氣象觀測(cè)。積雪面積、積雪覆蓋日數(shù)、雪層溫度、雪層含水率和雪密度等積雪觀測(cè)，凍土類型、凍土面積、凍土溫度、凍土上下界等凍土觀測(cè)，冰川面積等冰川觀測(cè)在逐步開(kāi)展。

(2)草原生態(tài)系統(tǒng)

黃河流域涵蓋了北方溫帶草地區(qū)、青藏高原高寒草地區(qū)，是我國(guó)主要的天然草地資源集中分布區(qū)。除了常規(guī)的氣象觀測(cè)，黃河流域草原生態(tài)氣象觀測(cè)開(kāi)展了生態(tài)環(huán)境水文要素、土壤要素、生物要素、氣象要素等的觀測(cè)，包括土壤水分、地下水位、土壤干土層、土壤凍結(jié)和解凍、土壤肥力、土壤鹽堿成分、干沉降、土壤風(fēng)蝕度觀測(cè)，主要天然牧草的生育期動(dòng)態(tài)觀測(cè)與生物量動(dòng)態(tài)觀測(cè)，放牧制度監(jiān)測(cè)，主要天然牧草地上生物量監(jiān)測(cè)，以及大氣降水的酸堿度和電導(dǎo)率、氣溶膠質(zhì)量濃度、沙塵暴物理特性、氣象災(zāi)害、氣象衍生災(zāi)害等的觀測(cè)。

(3)森林生態(tài)系統(tǒng)

黃河流域森林主要分布在川西阿壩州若爾蓋、阿壩縣川西冷云杉林區(qū)、六盤山、秦嶺北坡、太行山。森林生態(tài)系統(tǒng)是最復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)也是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。因此生態(tài)氣象觀測(cè)的內(nèi)容較多，主要有森林水文要素、森林土壤要素、森林氣象要素、森林生物要素和森林其他要素等五個(gè)方面的觀測(cè)。其中，森林水文要素包括蒸散量、水量空間分配格局、配對(duì)集水區(qū)與嵌套式流域、森林水質(zhì)等。森林土壤要素包括土壤理化性質(zhì)、土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量、土壤呼吸、土壤動(dòng)物、酶活性及微生物、根際微生態(tài)區(qū)等。森林氣象要素包括常規(guī)氣象要素、森林小氣候、微氣象法碳通量、溫室氣體、凍土、降雪、大氣干濕沉降、負(fù)離子、痕量氣體及氣溶膠等。森林生物要素包括長(zhǎng)期固定樣地、植被物候、植被層碳儲(chǔ)量、凋落物與粗木質(zhì)殘?bào)w、樹(shù)木年輪和動(dòng)物資源等。森林其他要素包括氮循環(huán)、重金屬、森林調(diào)控環(huán)境空氣質(zhì)量功能、穩(wěn)定同位素、森林生態(tài)系統(tǒng)健康和森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等[16]。

(4)濕地生態(tài)系統(tǒng)

黃河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)主要包括河流、沼澤、湖泊、河口、水庫(kù)、池塘等多種類型。黃河流域主要湖泊包括扎陵湖、鄂陵湖、烏梁素海、東平湖等。主要水庫(kù)有龍羊峽、劉家峽、三門峽、小浪底等大型水庫(kù)。黃河濕地指鄰近水體，常年浸水濕潤(rùn)的灘地、洪泛區(qū)等所形成的濕地，主要由河漫灘濕地及洪泛濕地組成。其生態(tài)氣象觀測(cè)主要有濕地總體概況指標(biāo)、濕地氣象觀測(cè)指標(biāo)、濕地土壤觀測(cè)指標(biāo)、濕地水文觀測(cè)指標(biāo)、濕地水質(zhì)觀測(cè)指標(biāo)、濕地生物觀測(cè)指標(biāo)、濕地災(zāi)害觀測(cè)指標(biāo)等七個(gè)方面。其中，濕地總體概況指標(biāo)包括地理坐標(biāo)、平均海拔高度、地貌形態(tài)類型、主要濕地類型、濕地成因類型、濕地總面積、濕地水源類型、濕地蓄水量、濕地積水狀況、濕地土壤類型、濕地底泥類型及人為干擾強(qiáng)度等。濕地氣象觀測(cè)指標(biāo)以常規(guī)氣象觀測(cè)的天氣現(xiàn)象、氣壓、風(fēng)、空氣溫度、地表溫度、空氣濕度、輻射、大氣降水及蒸發(fā)量等為主。濕地土壤觀測(cè)指標(biāo)包括土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、泥炭層及凍土層等。濕地水文觀測(cè)指標(biāo)包括近海與海岸濕地、河流濕地、湖泊濕地及沼澤濕地等。濕地水質(zhì)觀測(cè)指標(biāo)包括濕地水體的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及溶解性氣體(包括部分溫室氣體)等。濕地生物觀測(cè)指標(biāo)包括濕地植被特征、濕地植物群落特征、濕地植物群落生物量、濕地植物凋落物、濕地野生動(dòng)物、濕地土壤動(dòng)物、濕地浮游動(dòng)物、濕地浮游植物、濕地底棲動(dòng)物、濕地微生物及濕地瀕危物種等。濕地災(zāi)害觀測(cè)指標(biāo)包括疫源疫病、有害入侵物種、蟲(chóng)害、病害、獸害、火災(zāi)、水華/赤潮及氣象災(zāi)害等[17]。

(5)荒漠生態(tài)系統(tǒng)

黃河中游分布著我國(guó)主要的氣候荒漠區(qū)——干旱、半干旱荒漠區(qū)。荒漠生態(tài)系統(tǒng)氣象觀測(cè)重點(diǎn)開(kāi)展微氣象、風(fēng)蝕、土壤水分、植被長(zhǎng)勢(shì)等觀測(cè)，其生態(tài)觀測(cè)內(nèi)容除了常規(guī)的觀測(cè)要素外，增加了蒸發(fā)量、天氣現(xiàn)象(浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴日數(shù)、出現(xiàn)時(shí)間)、土壤常規(guī)要素(溫度、水分、電導(dǎo)率)、荒漠化要素(風(fēng)蝕、風(fēng)積、降塵量)、土壤理化要素(有機(jī)質(zhì)、pH、顆粒組成、含鹽量、鹽堿占比、風(fēng)蝕、風(fēng)積、降塵量)、地表水(蒸散量、地表水位、水溫、pH、電導(dǎo)率)、植物物種名錄、群落(類型、總生物量、群落高度、蓋度)、科屬(科屬生物量、群落高度、蓋度)、物種(生物量、群落組成、高度、蓋度、頻度、密度)等。

(6)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)

黃河流域耕地資源豐富、土壤肥沃、光熱資源充足，農(nóng)牧業(yè)在全國(guó)具有重要地位，寧蒙河套平原、中游汾渭盆地、下游防洪保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的黃淮海平原，是我國(guó)主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地。流域涉及的 9 個(gè)省(區(qū))糧食作物總播種面積約占全國(guó)糧食作物總播種面積的35.7%，糧食總產(chǎn)量約占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的 33.1%。目前主要開(kāi)展農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境要素觀測(cè)、耕作制度觀測(cè)、作物種植面積觀測(cè)、主要作物生育期動(dòng)態(tài)觀測(cè)、主要作物葉面積與生物量動(dòng)態(tài)觀測(cè)、主要作物收獲期植株性狀觀測(cè)、作物產(chǎn)量觀測(cè)等。

(7)城市生態(tài)系統(tǒng)

黃河流域有三個(gè)國(guó)家戰(zhàn)略城市群：黃河流域上游的蘭西城市群，中心城市為甘肅省會(huì)蘭州和青海省會(huì)西寧；黃河流域中游的中原城省級(jí)市群，中心城市是河南省會(huì)鄭州；黃河流域下游的山東半島城市群，中心城市是山東省會(huì)濟(jì)南和副省級(jí)市青島。其重要城市有蘭州，銀川，巴彥淖爾，西安，渭南，臨汾，三門峽，洛陽(yáng)，鄭州，開(kāi)封，濟(jì)南，東營(yíng)等。生態(tài)功能是城市功能體系的重要組成部分，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供支持和保護(hù)。目前開(kāi)展的生態(tài)氣象觀測(cè)內(nèi)容除了常規(guī)的氣象觀測(cè)外，還有酸雨、黑炭濃度、氣溶膠、總輻射和紫外線觀測(cè)等大氣成分觀測(cè)，城市熱島效應(yīng)監(jiān)測(cè)，大氣污染監(jiān)測(cè)，河道污染監(jiān)測(cè)，城市內(nèi)澇監(jiān)測(cè)、城市土地利用變化等。

1.4 生態(tài)氣象觀測(cè)存在問(wèn)題

由于生態(tài)氣象觀測(cè)是在以往氣象觀測(cè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，在開(kāi)始的設(shè)計(jì)和布局中還存在一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)觀測(cè)缺乏布局，要素有限，亟待統(tǒng)籌規(guī)劃，滿足各生態(tài)系統(tǒng)氣象服務(wù)需求

目前，生態(tài)氣象觀測(cè)站建設(shè)尚處于起步階段，大多數(shù)生態(tài)氣象觀測(cè)站都是各省根據(jù)本省需要建設(shè)的，沒(méi)有從整個(gè)黃河流域生態(tài)氣象系統(tǒng)上綜合考慮，存在布局凌亂，不合理的情況。此外，各個(gè)生態(tài)氣象觀測(cè)站的觀測(cè)項(xiàng)目都是在常規(guī)氣象觀測(cè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上建設(shè)的，對(duì)生態(tài)氣象觀測(cè)的需求考慮不足，進(jìn)而造成觀測(cè)要素有限，不能滿足當(dāng)前服務(wù)的需要。現(xiàn)有的凍土監(jiān)測(cè)站點(diǎn)僅能進(jìn)行活動(dòng)層(3.2 m)最大凍結(jié)深度監(jiān)測(cè)，不能滿足凍土監(jiān)測(cè)需要。森林生態(tài)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)有限，土壤水分觀測(cè)站稀少，不能滿足生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)保護(hù)及防災(zāi)減災(zāi)的需要。草原生態(tài)環(huán)境氣象要素監(jiān)測(cè)不足，不能滿足突出要素的監(jiān)測(cè)。農(nóng)田生態(tài)氣象觀測(cè)缺乏布局合理、結(jié)構(gòu)完整的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。城市生態(tài)環(huán)境觀測(cè)中對(duì)氣溶膠、一氧化碳、二氧化硫等顆粒物垂直觀測(cè)的站點(diǎn)稀少。因此，生態(tài)氣象觀測(cè)站網(wǎng)建設(shè)應(yīng)該統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布局，進(jìn)而滿足各生態(tài)系統(tǒng)氣象服務(wù)需求。

(2)生態(tài)氣象觀測(cè)自動(dòng)化程度低，時(shí)效性差，亟待提高自動(dòng)化、智能化觀測(cè)水平

全國(guó)地面自動(dòng)化改革從2020年開(kāi)始進(jìn)行，一些觀測(cè)仍然以人工觀測(cè)為主，自動(dòng)化設(shè)備布設(shè)少。凍土自動(dòng)化觀測(cè)設(shè)備仍在測(cè)試階段，沒(méi)有列裝，雪深、凍土觀測(cè)仍以人工觀測(cè)為主，自動(dòng)化程序低，觀測(cè)頻次少。農(nóng)業(yè)氣象自動(dòng)化觀測(cè)工作已經(jīng)開(kāi)展多年，除土壤濕度外，如發(fā)育期等其他要素觀測(cè)目前仍以手工觀測(cè)為主。人工觀測(cè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，觀測(cè)時(shí)效性差，急需通過(guò)產(chǎn)品研發(fā)提高農(nóng)業(yè)氣象自動(dòng)化、智能化觀測(cè)水平。

(3)協(xié)同監(jiān)測(cè)開(kāi)展不足，亟待提升立體監(jiān)測(cè)能力

天基衛(wèi)星遙感觀測(cè)以宏觀、大尺度監(jiān)測(cè)與服務(wù)為主，針對(duì)黃河流域局地生態(tài)環(huán)境要素氣象監(jiān)測(cè)開(kāi)展不足；以無(wú)人機(jī)為代表的空基生態(tài)觀測(cè)仍處于起步階段；天基-空基-地基觀測(cè)系統(tǒng)協(xié)同觀測(cè)及觀測(cè)數(shù)據(jù)融合應(yīng)用能力不足，數(shù)據(jù)挖掘和多尺度綜合應(yīng)用能力不強(qiáng)。

各生態(tài)類別缺乏流域協(xié)同、兼顧特色的集約化業(yè)務(wù)系統(tǒng)。針對(duì)冰雪、草地、森林、荒漠、農(nóng)田、水、城市群的業(yè)務(wù)化定量遙感監(jiān)測(cè)評(píng)估技術(shù)有待進(jìn)一步研究，黃河流域各生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)指標(biāo)體系不完整或缺乏。依托衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)獲取生態(tài)氣象要素和環(huán)境要素的能力薄弱，衛(wèi)星遙感產(chǎn)品的精度和定量應(yīng)用水平等相對(duì)較低，靜止衛(wèi)星生態(tài)相關(guān)探測(cè)和產(chǎn)品缺失。

(4)生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)缺乏標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，亟待建立完整的觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系

生態(tài)氣象觀測(cè)體系是一個(gè)龐大復(fù)雜的體系，涵蓋生態(tài)系統(tǒng)的很多方面。當(dāng)前生態(tài)氣象觀測(cè)體系建設(shè)在很多地方尚不完善，在標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化方面存在很多不足，甚至是空白。2021年內(nèi)蒙古新天元防災(zāi)減災(zāi)研究院聯(lián)合國(guó)家氣象中心、國(guó)家氣象信息中心、浙江大學(xué)、南京信息工程大學(xué)、河南氣象局等20家單位聯(lián)合制定了國(guó)標(biāo)《陸地生態(tài)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)格式規(guī)范》，但這只是生態(tài)氣象觀測(cè)體系標(biāo)準(zhǔn)化的開(kāi)始，生態(tài)氣象觀測(cè)體系還有大量的內(nèi)容需要制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)而建立完整的觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系。

(5)生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)“碎片化”嚴(yán)重，亟待建立健全業(yè)務(wù)體系建設(shè)

目前，生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)體系建設(shè)多以單項(xiàng)建設(shè)和局地建設(shè)為主，缺乏生態(tài)學(xué)意義上的系統(tǒng)建設(shè)。以往的生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)較少考慮監(jiān)測(cè)體系的系統(tǒng)性和生態(tài)功能的結(jié)構(gòu)性，并且存在行業(yè)分割、行政邊界分割的情況，違背了生態(tài)系統(tǒng)的整體性，造成生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)“碎片化”，業(yè)務(wù)體系不完善。

(6) 生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)?zāi)芰Σ蛔?，亟待建立真?shí)性檢驗(yàn)體系

目前，針對(duì)冰雪、草地、森林、荒漠、農(nóng)田、水、城市群的監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的真實(shí)性檢驗(yàn)?zāi)芰Σ蛔悖貏e是與業(yè)務(wù)服務(wù)的結(jié)合度不高，產(chǎn)品檢驗(yàn)時(shí)效性和精準(zhǔn)度滿足不了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)服務(wù)，亟須建立流域協(xié)同、分工明確、布局合理的生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)體系。

2 當(dāng)前黃河流域生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)思路

針對(duì)黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展氣象保障新需求，根據(jù)全面落實(shí)監(jiān)測(cè)精密、預(yù)報(bào)精準(zhǔn)、服務(wù)精細(xì)的要求，黃河流域生態(tài)環(huán)境氣象監(jiān)測(cè)應(yīng)圍繞黃河流域生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建完善立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)，豐富水、土壤、大氣、生物等相關(guān)生態(tài)要素觀測(cè)，采集長(zhǎng)期、系統(tǒng)性觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)互聯(lián)共享、融合應(yīng)用，全面提升黃河流域生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)能力和信息化水平，為精細(xì)化預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)預(yù)警服務(wù)、流域內(nèi)生態(tài)狀況觀測(cè)、區(qū)域變化規(guī)律研究、氣象資源合理利用和調(diào)控機(jī)制研究、氣候變化及對(duì)策研究等提供支撐。

2.1 提前規(guī)劃，綜合研判，合理布局生態(tài)氣象觀測(cè)站

黃河流域生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)綜合的觀測(cè)體系，現(xiàn)有生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)手段和能力已不能滿足黃河流域生態(tài)文明建設(shè)的需求。要做好黃河流域生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)，首先要做好頂層設(shè)計(jì)，綜合研判未來(lái)發(fā)展方向，及早規(guī)劃生態(tài)氣象觀測(cè)站布局，依托黃河流域生態(tài)環(huán)境地面觀測(cè)、天-空-地協(xié)同遙感監(jiān)測(cè)、生態(tài)模型與多源數(shù)據(jù)同化等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)功能綜合監(jiān)測(cè)評(píng)估及技術(shù)評(píng)價(jià)體系，提升氣象部門為流域生態(tài)文明建設(shè)的整體服務(wù)能力。從流域角度而言，黃河主要生態(tài)氣象觀測(cè)上游以冰川、積雪、凍土、草地、森林生態(tài)系統(tǒng)為主，中游應(yīng)以荒漠、草地、森林、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為主，下游以水體、濕地、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為主[18]。

2.2 加強(qiáng)研發(fā)，引進(jìn)技術(shù)，及時(shí)提高智能化水平

黃河流域生態(tài)氣象觀測(cè)內(nèi)容繁多，觀測(cè)條件復(fù)雜，不利于監(jiān)測(cè)精密度的提高。因此，應(yīng)以發(fā)展智能觀測(cè)業(yè)務(wù)技術(shù)為導(dǎo)向，發(fā)展生態(tài)氣象觀測(cè)協(xié)同觀測(cè)技術(shù)，引入大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、圖像識(shí)別等技術(shù)，發(fā)展天氣現(xiàn)象、災(zāi)害性天氣、生態(tài)環(huán)境自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，研制流域一體化黃河多源資料融合分析平臺(tái)、黃河生態(tài)識(shí)別平臺(tái)，提升流域多圈層、全覆蓋、精密型智能觀測(cè)能力[19-26]。

2.3 立體建設(shè)，協(xié)同工作，有效提升綜合觀測(cè)能力

生態(tài)氣象觀測(cè)不能僅從站網(wǎng)建設(shè)考慮，應(yīng)該充分利用已有的天基、空基、地基觀測(cè)系統(tǒng)，開(kāi)展立體化監(jiān)測(cè)，從多個(gè)維度去提升生態(tài)氣象觀測(cè)能力。建立集天基、空基和地基于一體的黃河流域生態(tài)氣象立體化監(jiān)測(cè)體系，可以有效發(fā)揮衛(wèi)星、雷達(dá)、無(wú)人機(jī)、地面自動(dòng)站等生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)手段的優(yōu)勢(shì)，突破黃河流域環(huán)境復(fù)雜、監(jiān)測(cè)困難的瓶頸，實(shí)現(xiàn)對(duì)黃河流域生態(tài)氣象的全方位監(jiān)測(cè)。同時(shí)，積極推進(jìn)氣象衛(wèi)星遙感應(yīng)用，開(kāi)展生態(tài)氣象觀測(cè)試驗(yàn)，推廣便捷化觀測(cè)設(shè)備的使用，發(fā)展協(xié)同觀測(cè)技術(shù)，有利于提升黃河流域生態(tài)氣象觀測(cè)協(xié)同工作能力，進(jìn)而有效提升生態(tài)氣象觀測(cè)綜合觀測(cè)能力。

2.4 制定標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范業(yè)務(wù)，逐步建立標(biāo)準(zhǔn)化觀測(cè)體系

目前生態(tài)氣象觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化工作在很多地方剛剛起步，在觀測(cè)內(nèi)容、觀測(cè)儀器、觀測(cè)方法上尚未形成統(tǒng)一的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，不利于黃河流域生態(tài)氣象觀測(cè)的開(kāi)展，也不利于黃河流域的生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。應(yīng)當(dāng)以黃河流域生態(tài)氣象觀測(cè)需求為依托，以生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成為框架，從觀測(cè)內(nèi)容、觀測(cè)儀器、觀測(cè)技術(shù)和方法等方面綜合謀劃，合理規(guī)劃黃河流域生態(tài)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)體系，逐一制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建立標(biāo)準(zhǔn)化觀測(cè)體系。

2.5 認(rèn)真梳理，整體謀劃，豐富健全觀測(cè)業(yè)務(wù)體系

黃河流域生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)體系建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)性工程，涵蓋黃河流域生態(tài)系統(tǒng)的眾多方面。針對(duì)目前黃河流域生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)不能滿足生態(tài)氣象服務(wù)的需求問(wèn)題，認(rèn)真梳理黃河流域生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)需求、當(dāng)前已開(kāi)展觀測(cè)業(yè)務(wù)及擬開(kāi)展觀測(cè)業(yè)務(wù)，從生態(tài)需求的角度整體謀劃，在生態(tài)系統(tǒng)的整體性上下功夫，突破疆域限制和思維局限，制定黃河流域生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)工作方案、技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、考核辦法，形成規(guī)范業(yè)務(wù)體系，建立以需求為導(dǎo)向的流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與服務(wù)業(yè)務(wù)體系[27]。

2.6 加強(qiáng)應(yīng)用，及時(shí)檢驗(yàn)，建立健全真實(shí)性檢驗(yàn)體系

針對(duì)遙感生態(tài)產(chǎn)品真實(shí)性校驗(yàn)的問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)遙感業(yè)務(wù)產(chǎn)品的應(yīng)用，在實(shí)踐中不斷檢驗(yàn)產(chǎn)品效果，通過(guò)一次次的服務(wù)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，提升產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)應(yīng)圍繞黃河流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)估需求，選取黃河流域冰川、雪地、凍土、濕地、森林、草地、農(nóng)田、荒漠、城市等主要生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵區(qū)域，依托地基地面氣象觀測(cè)站建立生態(tài)產(chǎn)品真實(shí)性校驗(yàn)場(chǎng)，配備相關(guān)儀器設(shè)備，與衛(wèi)星過(guò)境同步開(kāi)展觀測(cè)，結(jié)合地基氣象觀測(cè)網(wǎng)，建設(shè)黃河流域生態(tài)產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)體系，實(shí)現(xiàn)生態(tài)產(chǎn)品真實(shí)性的業(yè)務(wù)化快速檢驗(yàn)。

3 黃河生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)方向

黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展是當(dāng)前乃至長(zhǎng)期的一項(xiàng)重大國(guó)家戰(zhàn)略。黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展保障工作應(yīng)當(dāng)緊扣“生態(tài)優(yōu)先”“綠色發(fā)展”兩個(gè)關(guān)鍵，圍繞黃河流域洪水風(fēng)險(xiǎn)大、生態(tài)環(huán)境脆弱、水資源匱乏、發(fā)展質(zhì)量不夠高、民生發(fā)展不足等五個(gè)突出困難的治理需求，以觀測(cè)精密為重點(diǎn)發(fā)展方向，以氣象現(xiàn)代化為發(fā)展目標(biāo)，不斷開(kāi)發(fā)和引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，逐步豐富和完善黃河流域生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)，加快推進(jìn)流域氣象觀測(cè)現(xiàn)代化，健全流域氣象服務(wù)體制機(jī)制，保障黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施。