和李老師說

李老師，您的學生們、您帶出來的這支隊伍會一如既往地不懈努力，和您一起探索科學的奧秘，求解遙感的難題，響應(yīng)社會的需求。您的學術(shù)思想會吸引更多有志于此的學者和青年學生加入這個行列，創(chuàng)造您期望的更多輝煌，向您匯報，與您分享。

李老師，您好！

有件事情，向您請教。

最近，常?？吹?，您最親近的學生們將“幾何光學”和“尺度”作為集中表達您的學術(shù)貢獻的關(guān)鍵詞，雖然這兩個詞遠遠不足以呈現(xiàn)您的那么多成就，但是這與您近年來特別關(guān)注和倡導(dǎo)的“加強地理遙感尺度問題研究，提升我國遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用能力”高度相關(guān)，認識和理解這兩個關(guān)鍵詞，讓更多的人一起來做好這件大事情，是您的愿望，也是學生們的責任。于是，我想和您說說我的理解，請您看看對

不對。

記得您最早和我說“尺度”，是讓我查詢scale或scaling的中譯詞，大約是將近20年前的事情。至于為什么，15年前，您曾這樣寫道：遙感的優(yōu)勢在于頻繁和持久地提供地表特征的面狀信息，這對于傳統(tǒng)的以稀疏離散點為基礎(chǔ)的對地觀測手段是一場革命性的變化…… 遙感科學是在地球科學與傳統(tǒng)物理學、現(xiàn)代高科技基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興交叉學科，有自己獨特的科學問題亟待探索。對傳統(tǒng)地學來說，遙感要求從定性到定量描述的過渡。對傳統(tǒng)物理學來說，遙感要求在像元尺度上對局地尺度上定義的概念，總結(jié)、推導(dǎo)出的定律、定理的適用性進行檢驗和糾正，而這種糾正是與像元尺度上的地學定量描述密不可分的，無法從傳統(tǒng)物理學中找到現(xiàn)成答案……早期少量有意識從尺度效應(yīng)的角度考察植被光學性質(zhì)的研究，可以以李小文和Strahler（1985）提出的針葉林反射的幾何光學模型為例。在假定像元內(nèi)處處為朗伯的條件下，Li-Strahler證明了由于地表的三維結(jié)構(gòu)導(dǎo)致像元內(nèi)亮度不均勻，從而像元作為一個整體可以是全然非朗伯的。這糾正了當時普遍流行的一個偏見，即如果像元內(nèi)處處是朗伯的，像元總的性質(zhì)作為一個平均，一定也是朗伯的。雖然Li-Strahler的工作獲得了較高評價，但他們有意識考察尺度效應(yīng)這一點并未引起足夠重視……（引自“973”項目申報書）這里的第一句，已被廣泛認同和引用，曾常在同行的研究報告和學生的論文中看到。而后面兩段所講的，既指出了尺度效應(yīng)是遙感科學的本質(zhì)問題，又概括了“幾何光學”和“尺度”的淵源

關(guān)系。

您的植被冠層反射幾何光學模型，最早發(fā)表于1981年（Li，1981），是針對當時基于電磁波輻射傳輸理論的建模主流在描述稀疏植被冠層二向反射特征的難點問題，基于幾何光學原理，在遙感像元的觀測尺度上，簡單明晰地表述了植被冠層遙感反射信號的形成機理。寫成數(shù)學式的幾何光學模型，強調(diào)像元內(nèi)非均一的三維結(jié)構(gòu)是解釋像元表面二向反射特征的主導(dǎo)因素，以此表達地表植被冠層的結(jié)構(gòu)參量和冠層表面方向反射信號之間的關(guān)系，可以用來更準確地從遙感觀測數(shù)據(jù)估算地表參量。后來逐步發(fā)展為幾何光學模型系列，并成功應(yīng)用于當今被廣泛使用的全球地表反照率遙感產(chǎn)品算法（MODIS Albedo/BRDF），就是例證。所以我們可以說，遙感建模的基礎(chǔ)研究，是提升海量遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用能力的一個源。

對這種思路的擴展，是遙感尺度效應(yīng)與尺度轉(zhuǎn)換。您的幾何光學模型，其實就是將相對均一的端元輻射特征參量轉(zhuǎn)換到像元尺度遙感信號的尺度轉(zhuǎn)換模型。您常舉例說明關(guān)注遙感尺度問題對于遙感科學研究的重要性，除了上面寫到的三維結(jié)構(gòu)像元內(nèi)處處朗伯（即反射不隨觀察方向變化）仍然可以導(dǎo)致像元整體表面的非朗伯反射;另一個例子是給出了將普朗克定律用于非同溫三維結(jié)構(gòu)表面的尺度糾正式（Li and Strahler，1999;李小文等，2000），從而將幾何光學模型的建模原理，成功應(yīng)用于熱紅外遙感。您曾說這源于一個非常簡單的道理，即像元內(nèi)的三維結(jié)構(gòu)是獨立于光譜波段的。因此，遙感觀測尺度上像元內(nèi)的非均一性，是將傳統(tǒng)物理學用于遙感建模的本質(zhì)問題。發(fā)展到近期，將這作為一個要點來考慮遙感尺度轉(zhuǎn)換方法，已經(jīng)成為同行的共識。

研究尺度轉(zhuǎn)換的另一重要價值，在于其是地理學和遙感科學面臨的共同問題，而在尺度轉(zhuǎn)換的基本原理和方法上，有些是相通的。面向地理學具體問題的遙感尺度轉(zhuǎn)換研究，可以促進地理和遙感學者的合作，有望獲得新的科學突破。如今，經(jīng)過30多年的發(fā)展和數(shù)據(jù)積累，作為提升遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用能力的具體措施，您多次提出加強地理學與遙感科學的緊密結(jié)合，構(gòu)想了加強地理—遙感尺度問題研究的框架（王祎婷等，2014）。并且，您還想得更遠，將對尺度問題的討論介紹并推廣到遙感、地學以外更為廣闊的學科領(lǐng)域，吸引更多的聰明才智之士參與，共同探討從微觀到宏觀的多尺度視角認識自然的新思路。如此明亮，多么誘人！

李老師，您的學生們、您帶出來的這支隊伍會一如既往地不懈努力，和您一起探索科學的奧秘，求解遙感的難題，響應(yīng)社會的需求，您的學術(shù)思想會吸引更多有志于此的學者和青年學生加入這個行列，創(chuàng)造您期望的更多輝煌，向您匯報，與您分享。

學生：王錦地

2015年2月

參考文獻：

[1] Li， X.， 1981， An invertable coniferous canopy reflectance model. MA. Thesis， University of California， Santa Barbara.

[2] Li， X. and Strahler， A.H. 1985， Geometric-Optical modeling of a conifer forest canopy， IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing， GE-23（5）：705-721. Collected in SPIE's Milestone Series of Selected Reprints on Optical Remote Sensing Theory and Measurement， ed. J. A. Smith， pp. 88-104， SPIE Optical Engineering Press， 1997.

[3] Li， X.， Strahler， A.H.， Friedl， M.， 1999. A conceptual model for effective directional emissivity from non-isothermal Surface. IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing， 37（5）， pp： 2508-2517.

[4] 李小文，王錦地， A.H. Strahler，2000，尺度效應(yīng)及幾何光學模型用于尺度糾正，中國科學（E輯），30（增刊）：12-17.

[5] 王祎婷，謝東輝，李小文，2014，構(gòu)造地理要素遙感趨勢面的尺度轉(zhuǎn)換普適性方法探討，遙感尺度轉(zhuǎn)換與尺度效應(yīng)專欄，遙感學報，18（6）：1139-1146.

（作者系北京師范大學地理學與遙感科學學院教授）