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走向成熟的水文遥感
人类赖以生存的地球是一个由大气圈、水圈、生物圈、岩土圈和人类圈组成的复杂巨系统。为了全面而深入地认识地球系统，目前已经建立了以卫星遥感为主体的全球观测系统。
▲地球表层系统示意图
由于水圈直接联系着大气圈、岩土圈和生物圈，联系着地表水分和能量平衡，从而影响各种地表过程。20 世纪下半叶，国际上先后发射了多颗卫星，专门用于监测地球水圈的各个组分。随着社会经济等不断地呈现全球化发展趋势，各种大型国际地学研究计划不断推出，包括2003 年发起的全球地球观测系统国际计划（global earth observation system of systems，GEOSS）。随着科学与技术的迅速发展，人们对遥感监测的定量化要求也越来越高。传统的单波段、多波段遥感反演，已经向多波段协同反演、全波段遥感反演方向发展。基于卫星遥感的星际组网和虚拟星座的前瞻性理念成为当代遥感科学发展的前沿性指导思想。
水与人类的生存发展密切相关。全球变暖引起的水循环变异和极端水文气候现象变化，成为当前世界最关切的问题之一，而遥感则是反映全球水循环变化过程的一个关键手段。基于遥感的地球水圈研究，已经成为新的探索方式和新的学科生长点。强烈的社会需求和对地观测技术的迅猛发展，极大地推动了水文学与定量遥感的交叉与融合，促进了水文遥感的产生和发展，并使其逐渐走向成熟。国际上不少科研机构在水文遥感领域开展了相关研究，中国诸多高校和科研院所也对水文遥感应用表现出强烈的需求。应科技发展和社会需求，国际上相关学术期刊相继出版了“水文遥感”专刊，有关地球水循环要素的专著也陆续问世。目前有关水文遥感的出版物多为该领域的研究论文集，涉及广泛的研究方向与应用领域。对于初涉这一领域的科研人员而言，很难一瞰全貌并系统掌握水文遥感的基本知识。
▲水文遥感的研究范式
《水文遥感》（刘元波 吴桂平 柯长青 等著.北京：科学出版社,2016.7）的特点主要体现在以下4 个方面：
▋学术思想：基于卫星组网和虚拟星座等先进对地观测思想，全书贯穿定量反演和误差分析等先进研究方法，总结归纳水文遥感的基本学科内涵，汲取水文遥感的最新发展成果，以期推动气象学、水文学和定量遥感等学科的交叉与有机融合，为地球水循环变化研究等提供最新的学术视野和研究手段。
▋内容范围：本书在研究对象上涉及从水分子结构，到立地水平、流域尺度，乃至全球，主要内容包括水文遥感的基本概念和原理、观测手段和研究方法、遥感反演产品和应用案例等，涉及大气水分、陆地水体、土壤水分、冰川积雪、降水和蒸散、海洋水体等地球水循环要素，力争全面地反映水文遥感的研究内容及发展趋势。
▋结构体系：在阐述水文遥感的基本概念及发展过程的基础上，简述地球水循环和定量遥感的基本知识，进而针对大气水分、陆地水体、土壤水分、冰川积雪、降水和蒸散、海洋水体等地球水循环要素，阐述主要水文变量的物理内涵、定量遥感反演方法、精度检验方法和遥感反演产品数据及其应用案例，以向读者提供一个水文遥感的学科概貌。
▋写作特点：基于当前最新的学术思想，从全球变化和地球水循环的整体角度出发，努力融合当代水文遥感的最新研究成果；力求做到图文并茂，简单明了；引用经典性和代表性参考文献，使知识成果具有可追溯性；注重理论、方法与案例相结合，力图系统地反映地球水循环要素的遥感反演方法及应用案例，刻画水文遥感的基本学科内涵。
▲地球水循环示意图
全书共分10 章。
▋第1 章首先简述了地球表层系统和地球水循环等基本概念，概述了遥感科学、水文学以及水文遥感的历史发展过程，阐述了水文遥感的基本学科内涵以及水文遥感在全球变化研究中的角色。
▋第2 章从水的基本物理性质出发，分别针对固、液、气三态水分简述了水的电磁波谱特征；简要介绍了地球水循环要素的定义、分类、特点及其全球分布特征，阐释了地球能水平衡的基本原理及多尺度性，为水文遥感学科提供了水文物理基础。
▋第3 章在简述电磁辐射传输基本原理的基础上，概述了大气与地物的基本波谱特征、日-地-星间的辐射传输过程及主导方程；在遥感观测技术分类基础上，简述了与地球水循环要素研究关系密切的主要遥感平台和传感器特性以及卫星组网和虚拟星座思想，为水文遥感学科提供了遥感科学基础。
▋第4 章在概述大气水汽相关物理知识的基础上，简述了可见光-近红外、热红外、被动微波、主动微波和激光雷达以及多传感器联合的大气水汽遥感反演方法，然后概述了大气水汽的地基测量方法以及遥感反演精度检验方法，最后介绍了全球大气水汽定量产品以及全球水汽的气候学分布特征和应用案例。
▲2009 年1 月1 日NVAP-M 气候数据集总大气可降水含量
▋第5 章在简述陆地液态水体相关物理知识的基础上，针对水域面积、水位、水深、蓄水量等地表水体物理参数，介绍了遥感反演的基本原理和方法，然后概述了这些地表水体参数的地面观测方法以及遥感反演精度检验方法，最后介绍了各参数的实际应用案例。
▋第6 章在简述土壤水分物理性质的基础上，介绍了可见光-近红外、热红外、被动微波和主动微波以及多传感器联合的土壤水分遥感反演原理和方法，然后结合土壤水分的地面观测方法，概述遥感反演精度检验方法，最后介绍全球土壤水分产品以及相关的应用案例。
▋第7 章首先简述冰雪遥感的物理基础，其次概述基于可见光-近红外、热红外、被动微波、主动微波及多传感器联合的冰雪遥感反演方法，然后结合冰雪的地面观测方法简述了遥感反演精度检验方法，最后介绍了全球冰雪产品及应用案例。
▋第8 章首先概述大气降水的相关物理基础，其次简述基于可见光-红外、被动微波、主动微波及多传感器联合的主要遥感反演方法，然后结合大气降水的地面测量方法介绍了遥感反演精度检验方法，最后简述了全球降水遥感产品，并给出了实际应用案例。
▲降水遥感原理示意图
▋第9 章首先简述了地表蒸散的相关物理原理，其次介绍了基于可见光-近红外、热红外、微波波段及多传感器联合的陆面蒸散遥感反演原理和方法，以及海洋蒸发的遥感反演原理与方法；然后，结合地表蒸散的地面测量方法，概述遥感反演精度检验方法，最后简述全球蒸散遥感产品及相关应用案例。
▋第10 章首先简述有关海洋水体的物理基础，其次介绍主要海洋水文参数的遥感反演方法，结合海洋水文参数的地面测量方法，简述遥感反演精度检验方法，最后介绍全球海洋水体数据集及应用案例。
本书从起草到提交书稿，历时5 年有余。全书撰写提纲和基本内容，经刘元波反复思考，斟酌拟定，并由数位编委会成员协助完成。在本书撰写过程中，自始至终，受到中国科学院寒区旱区环境与工程研究所高前兆先生和王介民先生、水利部太湖流域管理局陈荷生先生、中国科学院南京地质古生物研究所唐领余先生的大力支持和热情鼓励。河海大学芮孝芳先生对书稿第1 章和第2 章提出了富有建设性的修改意见。中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心周世新研究员对书稿第1 章提出了修改建议。
本文摘编自《水文遥感》（刘元波 吴桂平 柯长青 等著. 责任编辑：胡凯 王腾飞. 北京：科学出版社,2016.7）一书“前言”，有删减，标题为编者所加。文中图片来自该书正文。
ISBN 978-7-03-049302-6
《水文遥感》基于卫星组网和虚拟星座等定量遥感研究的先进思想，结合当代水文遥感相关分支领域的最新研究进展，力求严谨、准确、系统、全面地总结归纳当前水文遥感的基本理论、方法及应用成果。本书在概述水文遥感的基本概念和发展过程及趋势的基础上，以大气水分、陆地水体、土壤水分、冰川积雪、降水和蒸散、海洋水体等地球水循环组分或要素为经，以基本原理、遥感方法、数据产品和实际应用这一逻辑结构为纬，力争系统地阐述地球水循环要素的物理基础、关键水文参数的定量遥感反演方法、遥感反演结果的精度检验方法、遥感反演的全球产品数据及其应用研究案例。
关键词 | GIS | 地理设计 | 作物病虫害遥感监测 | 瞬变电磁法 | 作物理化参数遥感定量反演 | 滑坡遥感 | 全球变化遥感产品 | 陆表定量遥感 | 深空行星形貌测绘 | 山地遥感 | 全球生态环境遥感监测 | …
（本文编辑：刘四旦）
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