监控系统的构建
信息源是生态环境研究的基础，其质量直接影响研究结果的准确性和科学性。塔里木河流域生态遥感信息源的选择遵循以下原则:①通过多种信息源的合理组合，实现对流域生态环境从宏观、中观到微观的监测；②所选信息源的空间分辨率必须满足不同等级监测尺度的精度要求，同时必须具有较高的光谱分辨率，能够充分反映丰富的生态环境信息；③尽量选择长期稳定运行的信息源，便于生态环境的长期动态监测；④高选择性的信息源类型。
由于该地区地处暖温带和高寒地带，冬季长，春夏秋短，生长期短而不是长。在生长期，植被生长茂盛，但在非生长期，都是枯黄、贫瘠或被大雪封冻。植被是生态环境的重要镜子，具有显著的象征性特征。因此，遥感信息源的季节阶段确定为7-9月，此时植被生长旺盛，以满足大比例尺遥感调查结果的一致性和动态分析的可行性。此外，考虑到土壤次生盐渍化的具体特点，每年非生长季节的2月下旬至3月上旬为返盐期，不存在植被覆盖的影响。因此，为了最大程度地反映土壤次生盐渍化的丰富信息，选择了2月下旬至3月上旬的影像进行土壤盐渍化监测。
根据上述原则和要求，系统构建了从宏观到精细、从整体到局部的三级监控体系，如图5-1和表5-1所示。利用空间分辨率低、时间分辨率高的MODIS卫星数据，在全流域(板块5-1内总体轮廓范围)1 ∶ 50万尺度上进行宏观监测。利用Landsat-7的TM/ETM(ASTER)数据和CBERS数据进行监测，比例尺为1∶65438+百万(在图版5-1的棕色边界内)。利用高空间分辨率的Spot-5数据和QUICKBIRD数据对干流中下游重点区域(地图5-1: 10，000中的蓝框内)进行了详细监测。从中游到下游依次为乌斯曼、卡尔达伊和台特马湖三个重点监测区域，其中乌斯曼和卡尔达伊采用Spot-5数据监测，台特马湖采用Quick监测。这样，不仅可以对流域进行宏观调控，还可以准确把握重点区域的生态变化。
表5-1塔里木河流域生态环境遥感监测系统指标表
(1)全流域高时间分辨率和低空间分辨率监测
充分利用MODIS卫星数据高时间分辨率、高光谱分辨率、宽景观的特点，构建覆盖全流域的一级宏观监测体系，及时掌握植被生长、地表温度、洪涝干旱等生态环境宏观信息(X. Zhan等，2000)。
MODIS(Modem-Resolution Imaging Spectrometer)是安装在美国地球观测系统(EOS)第一颗卫星TERRA和AQUA上最重要的传感器，分别从1999 65438+2月和2000 65438+2月向地面发送数据。EOS地球观测系统是美国国家航空航天局(美国国家航空航天局)为全球变化研究建立的一个长期数据获取系统。计划在未来10年发射10颗卫星，形成15年的数据采集系统，其规模在对地观测卫星发展史上是空前的(李登科，张舒羽，2003)。与以往的遥感数据相比，MODIS是国际上新一代的“光谱集成”光学传感器，其影像数据具有以下突出特点(，葛，，2000):
(1)光谱分辨率高，多通道同时观测:MODIS传感器在0。4 ~ 14.4微米，光谱范围宽，高于SPOT、TM、AVHRR。
(2)大范围多频观测:扫描观测宽度2330km，两颗卫星可观测塔里木盆地一天两次，一夜两次；
(3)适当的空间分辨率观测:MODIS有2个通道的空间分辨率为250m，5个通道的空间分辨率为500m，29个通道的空间分辨率为1000m；
(4)高精度观测:MODIS传感器是世界上精度最高的辐射观测仪器。每路输出的量化级别为12位，温度分辨率可达0。03℃.其次，MODIS首次采用可见光通道的复杂星上定标技术，保证了仪器的长期观测稳定性；
(5)美国国家航空航天局对MODIS数据的全球免费接收政策使用户能够获得廉价实用的数据资源。
因此，MODIS遥感数据在塔里木河流域大尺度植被、干旱和宏观动态水体监测中具有重要作用，是理想的遥感信息源。
(B)"四源一干"中等空间分辨率监测
利用TM/ETM数据(ASTER数据)和CBERS数据，对塔里木河“四源一干”地区的土地利用、植被类型和覆盖度、沙漠化和土壤盐渍化4个专题进行了遥感监测。
1.TM/ETM和ASTER数据
Landsat自1972发射第一颗卫星以来，积累了丰富的影像数据，并有长期稳定运行的历史。Landsat-5的TM从可见光到热红外有7个波段，Landsat-7的e TM有8个波段，波段设置有利于生态信息的获取；影像空间分辨率高，TM和ETM地面分辨率分别达到30m和15m，满足1∶65438+百万及以下的制图要求。该传感器扫描宽度大，影像单景覆盖面积达到185km ×185km，重复覆盖周期16天，是目前国内遥感领域应用最广泛的遥感数据。但Landsat-7卫星在2005年发生故障，Landsat-5传感器已经严重老化，可以用ASTER数据来替代。ASTER是TERRA卫星上的传感器，发射于1999 18年2月18。拥有3个15m分辨率的可见和近红外波段，6个30m分辨率的短波红外波段，5个90m分辨率的热红外波段，扫描宽度60km，重复观测周期16天。随着EOS系列卫星的运行，ASTER数据将成为稳定的遥感信息源。
2.CBERS数据
CBERS-1于1999年成功发射，结束了我国长期依赖国外卫星遥感数据的局面。光谱波段选择与Landsat-7相似，空间分辨率达到19。5m。处理后的影像信息可以满足1∶65438+百万比例尺的制图要求。CBERS数据目前已经免费发送，所以这次主要利用它进行实验研究，探索中国自主知识产权卫星遥感数据作为Landsat数据替代数据源的可行性。
根据塔里木河流域生态环境监测的实际需要，确定了各专题的遥感监测范围。
1.土地利用监测
20世纪50年代以来，随着人口的增加和社会经济的发展，在以水资源开发利用为中心的高强度人类经济社会活动的作用下，流域生态环境发生了显著变化。在塔里木河流域，新绿洲取代原有绿洲，人工植被取代自然植被，人工土壤取代自然土壤，人工生态取代自然生态，人工河道取代自然河流，人工水库取代自然湖泊。其结果是土地生产力和水资源利用效率提高，绿洲小气候改善，资源环境人口容量增加，而流域生态环境迅速恶化。塔里木河流域下游断流和生态环境恶化的主要原因是源区和上游地区不合理的土地开发和无序的调水。因此，对“四源一干”地区的土地利用进行监控，遏制大规模开垦和无节制用水，根据土地利用面积和种植结构合理配置水资源定额，实现科学用水调控，是保护生态环境的关键。塔里木河源头土地开发利用自然条件良好，是乱垦的重点区域。近年来，在棉花种植经济效益的驱动下，干流区域土地复垦现象日益严重，因此土地利用监测覆盖范围为“四源一干”区域，面积约为1:65438+10万标准图。
2.植被覆盖和植被类型监测
20世纪70年代以来，塔里木河下游近400公里断流萎缩，中下游植被衰退，胡杨林大面积死亡，荒漠化扩大，是塔里木河流域生态恶化最严重的地区，也是综合治理和生态保护的重点区域。从博斯腾湖通过大西海子水库向干流进行了7次应急调水。为科学监测和评价综合治理措施实施后流域植被覆盖度和植被类型的恢复情况，选择干流中下游作为植被因子遥感监测范围，覆盖1∶65438+万的20幅图。
3.土地沙漠化的监测
土地沙漠化是指在干旱多风的沙质地表环境中，脆弱的生态平衡被过度的人类活动破坏，以至于在原有的非沙漠地区出现类似沙尘暴活动为主要特征的沙漠景观，导致土地生产力下降的环境退化过程。
从空间分布来看，沙漠化和植被覆盖度是相互递减的。植被衰退最严重的地区，也是沙漠化最严重的地区，所以沙漠化的监测范围与植被监测一致，选在干流中下游。
4.土壤盐渍化监测
塔里木盆地是一个封闭的内陆盆地，气候干旱蒸发强烈。塔里木河流域由于水资源的不合理利用和灌溉排水不当，土壤普遍积盐，形成大面积盐渍土。特别是阿拉尔-沙雅地区，地处三源交汇的干流上游，地下水位高，沿塔里木河修建了大量平原水库，大面积开荒，采用漫灌，水资源利用率低，土壤次生盐渍化严重。因此，选择塔里木河干流上游作为土壤盐渍化遥感调查与监测的工作区域。覆盖范围1: 13张百万张。
(3)干流重点区域的高空间分辨率监测系统
SPOT-5卫星是由法国SPOT公司于2002年5月4日成功发射的近极太阳同步轨道卫星。遥感器有:高分辨率几何成像仪(HRG)、高分辨率立体成像仪(HRS)和植被探测器。拍摄时全色图像的基本分辨率为5.0m，同一区域的两幅5m分辨率的图像由两个不同的传感器通道同时获得。这两幅图像在同一焦平面上，并且错开1/2个像素。CNEG通过其专利的Supermode编码技术，将两幅图像叠加并处理成2.5米分辨率的图像。多光谱图像的绿色(B1)、红色(B2)、近红外(B3)均为10m，短波红外(SWIR)为20m。立体图像的像素大小为5m×10m。全色和多光谱图像帧为60km×60km，立体图像帧为120km×600km，覆盖周期为26天。由于SPOT-5数据信息的光谱分辨率和空间分辨率高，针对性强，可以根据不同的应用目的进行多种组合处理和专题提取，大大拓展了其在环境、地质等方面的应用范围。综合考虑经济和技术因素，选择spot-5全色波段(2.5m，5m)和多光谱数据(10m)作为干流重点区域的遥感监测信息源。
干流中下游是生态环境监测和修复的重点。在中等分辨率监测干流中下游植被覆盖度和植被类型的基础上，从中游到河尾选择三个重点监测区(图5-1):干流中游的乌斯曼重点监测区，用于监测塔里木河流域综合治理以来建设的堤防工程对两岸生态的影响；在干流下游的卡尔达依重点监测区，自多次应急输水以来，对干流下游植被恢复进行了监测和评估；塔里木河末端的台特玛湖监测区，监测和评价水资源综合管理措施背景下的台特玛湖水域和植被变化。