航空遥感包括以下试验内容：（a）开展激光雷达（LiDAR）、红外广角双模式成像仪（WIDAS）、成像光谱仪和CCD像机的航空遥感试验，利用激光雷达航空遥感获取葫芦沟流域的DEM，分辨率为1 m；结合激光雷达和航空高光谱遥感数据开展高分辨率植被功能型、土地利用、种植结构和植被结构参数制图，分辨率为1-5 m；发展和改进地表温度、发射率、叶面积指数、粗糙度、反照率、亚像元积雪面积比例等关键生态水文变量／参数的遥感反演和估计方法。（b）开展L, K和Ka波段微波辐射计航空遥感试验，获取高精度的亮度温度数据，研究多频率、多极化机载微波辐射计反演雪深和雪水当量的方法。研究利用机载微波辐射计反演地表土壤水分、监测地表冻融循环的方法；针对植被和地表粗糙度对微波观测的影响，发展和改进土壤水分反演方法。

依托黑河流域内现有的气象、水文站以及长期定位站，在上、中、下游试验区新建3 个超级站，新建8 个、改建4个、协同4 个普通站，形成由超级站-定位站-普通站-气象站-水文站组成的流域水文气象观测网。其中超级站开展连续3年的观测试验，普通站（16个）进行1个水文年的连续观测，同时收集3年的黑河流域气象站、核心水文站和3个定位站的水文气象观测数据。为流域有关生态-水文-大气模型研究提供更有代表性的模型参数、驱动数据及更高精度的验证数据。普通站的观测项目包括：四分量辐射、降水、多层土壤温湿度、风温湿压、地表温度、土壤热通量与平均土壤温度。超级站的观测项目在普通站的基础上增加：（a）多尺度蒸散发的观测（蒸渗仪、涡动相关仪与波文比系统、大孔径闪烁仪）；（b）风温湿梯度和光合有效辐射。图1是一个超级站布设示意图，其中，蒸渗仪、波文比系统、涡动相关仪、气象塔放置在观测场中间，大孔径闪烁仪的发射与接收器架设在两端，大孔径闪烁仪的光径路线长度大于1.5个MODIS像元，即1.5km以上，并且垂直于当地主风方向。大孔径闪烁仪的源区内设置无线传感器网络，观测影响蒸散发的关键地表参数传感器，如土壤温度、地表温度与叶面积指数等。在以上仪器配置的基础上，还将根据不同站的特点，增设观测仪器。如上游阿柔站以土壤冻融为主要观测目标，将布设密集的土壤湿度、温度和水势探头， 以细致了解冻融锋面迁移等土壤冻融—融化过程。为了提高降水量的测量精度，在中游大满超级站、上游阿柔超级站附近分别选取开阔平坦、阴坡和阳坡的位置，建立降水的对比观测场，对当前黑河流域使用的主要降水观测仪器进行对比，得到各种雨量计的降水校正系数。通过以上对比观测，评估降水的类型、雨雪量计的口径与型号、地形等对降水测量精度的影响；探索风环境对降水测量—特别是对降雪测量的影响。利用降水量对比观测结果对雨量计和雨雪量计观测结果进行校正。同时，依托无线传感器网络，获取多点的降水量观测值，实现高精度的区域降水量估计。黑河中游地表水和地下水多次转化是内陆河流域独特的水文现象。因此，在出山口冲积扇区段、灌溉渠系和供水系统，以及相应的水文地质单元区段设置径流观测。具体在中游草滩庄与黑河大桥之间、黑河大桥、平川桥、高台桥、罗城桥布设水文观测断面，加密观测黑河中游干流的河川径流。测量方案是利用水位计（压力式或超声波）测量连续水位变化；利用声学多普勒流速剖面仪（ADCP）获得精确流量，建立水位—流量关系，最终利用水位估算出流量。

构建现代化的无线传感器网络，度量生态水文模型所需的若干关键的驱动、参数和模型状态的空间异质性；形成自动化的遥感真实性检验系统。将在黑河上游八宝河流域、中游盈科与大满灌区、下游额济纳旗三个试验区，以无线传感器网络为纽带，高效集成试验区内密集分布的、异构传感器的各种气象、水文及生态观测项目，建立自动化的、智能化的、时空协同的、各观测节点可远程控制的多尺度、多层嵌套的生态水文传感器综合观测网络，全面提高流域水文和生态过程的综合观测能力和观测自动化水平。开发基于web的无线传感器网络软件平台，实现对野外自动观测数据的统一传输和入库，以及对各种节点观测行为和仪器状态的远程控制。

获取用于航空和卫星遥感数据辐射定标、大气校正和几何校正所需的地面观测数据，支持遥感数据预处理。开展地基遥感试验，系统地获取黑河流域不同地表覆被类型的热红外波段发射率及积雪和冻土的微波辐射特征。针对关键生态-水文过程的航空和卫星遥感产品，依托传感器网络，并辅之以必要的地面同步和加密观测，获取用于遥感产品真实性检验的地面观测数据集。