慎思篤行創(chuàng)新路心系民眾愛國情

運(yùn)怡冰

在2016年5月30日召開的全國科技創(chuàng)新大會(huì)上，習(xí)近平總書記發(fā)表重要講話強(qiáng)調(diào)，在我國發(fā)展新的歷史起點(diǎn)上，把科技創(chuàng)新擺在更加重要位置，吹響建設(shè)世界科技強(qiáng)國的號角……實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)一百年”奮斗目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢，必須堅(jiān)持走中國特色自主創(chuàng)新道路，加快各領(lǐng)域科技創(chuàng)新，掌握全球科技競爭先機(jī)。這是我們提出建設(shè)世界科技強(qiáng)國的出發(fā)點(diǎn)。

那么，想要真正實(shí)現(xiàn)各個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新，就必須明確每個(gè)領(lǐng)域需要解決的問題是什么，面對的未來是怎樣的。就如同在氣候預(yù)測領(lǐng)域，氣候干旱主要應(yīng)該依據(jù)哪些參數(shù)？地面信息如何獲?。慨?dāng)前氣候變化預(yù)測模型還需要哪些改進(jìn)？地球每天的天氣變化是由什么引起的？……這些問題也許對一般人來說是非常遙遠(yuǎn)的問題，然而，對于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所研究員毛克彪來說，卻是每天要面對并且在努力探索解決的問題。

慎思篤行，一路創(chuàng)新

1977年出生的毛克彪，目前是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所研究員（優(yōu)秀青年一級人才），湖南科技大學(xué)兼職教授，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)客座教授。主持或作為核心成員參與各類國家重大、重點(diǎn)等科研項(xiàng)目近20項(xiàng)。在國內(nèi)外期刊和國際會(huì)議發(fā)表論文100余篇，專著1部，獲得國家發(fā)明專利6項(xiàng)，國際發(fā)明專利3項(xiàng)。他是一位在學(xué)術(shù)界研究思維非?；钴S的學(xué)者，在遙感和計(jì)算機(jī)等七個(gè)專業(yè)學(xué)習(xí)過，研究思路開闊，不拘一格，始終心系祖國山川河流，心系民眾，為國家重大自然災(zāi)害監(jiān)測做出了突出貢獻(xiàn)。

一直以來，溫度和水分都被認(rèn)為是農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境監(jiān)測的重要參數(shù)，也是表征地球各圈層（巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈）之間能量傳輸?shù)囊粋€(gè)重要的物理量，地面溫度和水分（包括地表和近地表）是研究地表和大氣之間物質(zhì)和能量交換、全球海洋環(huán)流、氣候變化異常等方面不可或缺的重要參數(shù)，涉及眾多基礎(chǔ)學(xué)科和重大應(yīng)用領(lǐng)域。為了能夠更加深入了解其中的奧秘，毛克彪在水熱參數(shù)遙感反演領(lǐng)域兢兢業(yè)業(yè)潛心科研近20年，取得了令人矚目的成績。

據(jù)了解，土壤水分不僅是干旱監(jiān)測中非常重要的參數(shù)，而且其變化影響熱輻射和發(fā)射率變化，從而影響地表溫度的反演精度。以前人們通過同一個(gè)頻率不同極化建立微波指數(shù)與土壤水分建立統(tǒng)計(jì)關(guān)系計(jì)算土壤水分，同頻率不同極化的微波指數(shù)受土壤粗糙度的影響很大。毛克彪通過研究發(fā)現(xiàn)，不同頻率V極化的微波指數(shù)能較好地消除粗糙度的影響，從而提出并建立了新的不同頻率同極化標(biāo)準(zhǔn)化微波指數(shù)模型，在此基礎(chǔ)上建立了被動(dòng)微波土壤水分反演方法。

該方法通過比值法克服了以往需要同步獲得大尺度地表溫度的困難，且分析表明通過標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)射率指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化微波指數(shù)建立土壤水分反演方法精度較高，反演誤差降低了10%，得到國際同行認(rèn)可。為了進(jìn)一步驗(yàn)證和提高土壤水分反演算法精度和實(shí)用性，他還發(fā)明了一套利用GPS地面反射信號反演土壤水分的裝置和方法，估算誤差為0.02m/3m3，該裝置和方法通過在地面一定高度架設(shè)信號接收器接受GPS地面反射信號，通過建立模型獲得土壤水分與反射信號的關(guān)系全天候獲得土壤水分參數(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)在地面一定高度獲得大面積土壤水分參數(shù)儀器的空白，解決了星上土壤水分驗(yàn)證時(shí)地面點(diǎn)觀測難以匹配且缺乏代表性的難題，獲得了國家發(fā)明專利授權(quán)，被“草原植被及其水熱生態(tài)條件遙感監(jiān)測理論方法與應(yīng)用”項(xiàng)目采納，并在國家呼倫貝爾草原生態(tài)站得到了應(yīng)用，為草原生態(tài)監(jiān)測提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。

隨后，毛克彪帶領(lǐng)課題組成員進(jìn)行了更加深入的研究，并先后在國內(nèi)提出利用卡曼濾波迭代優(yōu)化方法估算窄波段、寬波段發(fā)射率及大氣水汽含量，提高了反演精度；首次提出利用先驗(yàn)知識和人工智能方法直接從遙感數(shù)據(jù)大面積估算近地表空氣溫度反演方法，提高了空氣溫度反演的精度和時(shí)效性；在晴空條件下，通過利用近紅外波段估算大氣水汽含量，克服了以往算法需要從氣象站點(diǎn)獲得水汽的困難，提出了地表溫度和發(fā)射率分步反演的新劈窗算法，簡化了反演過程，提高了反演精度；針對多熱紅外波段數(shù)據(jù)，通過建立鄰近波段發(fā)射率之間的關(guān)系，克服方程不足的困難，提出了同時(shí)反演地表溫度和發(fā)射率的多波段反演算法，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，大大提高了反演精度和算法適用性；提出了全天候的被動(dòng)微波數(shù)據(jù)的地表溫度反演方法，解決了有云情況下熱紅外無法準(zhǔn)確反演地表溫度的難題。10余個(gè)水熱參數(shù)遙感反演算法分別發(fā)表在國際IEEE和JGR等刊物上，反演精度得到國際同行認(rèn)可的同時(shí)，也讓自己的個(gè)人價(jià)值得到無限放大。

心系大眾，揭秘極端天氣

我們知道，對于受制于自然環(huán)境的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，極端天氣的影響幾乎是不可避免的。作為農(nóng)業(yè)大國的中國，及時(shí)預(yù)測極端天氣，讓農(nóng)民、農(nóng)業(yè)的損失降到最低也成為近年來農(nóng)業(yè)科研工作者關(guān)注的問題。為此毛克彪對當(dāng)前氣候變化預(yù)測模型存在的問題進(jìn)行了研究，并提出了建立基于大數(shù)據(jù)和萬有引力空間氣候變化模型思想。

毛克彪認(rèn)為，地球每天的天氣變化是由于各個(gè)星體軌道變化導(dǎo)致地球的引力場和磁場每時(shí)每刻都在變化，高速自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的地球每時(shí)每刻都在做自我調(diào)整從而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，從而引起地球系統(tǒng)每天水循環(huán)（包括大氣水汽、降雨和洋流）和地球內(nèi)部（巖漿）等變化，形成了每天不一樣的天氣，氣候周期變化是由于各個(gè)星體都在做周期運(yùn)動(dòng)。太陽和其他星體也是在運(yùn)動(dòng)的過程中由于各星體引力和磁場大小及方向變化做即時(shí)自我調(diào)整，如太陽每天的輻射變化和黑子周期的變化與地球的每天天氣和氣候變化是相似的，引力大小和方向變化控制太陽的輻射變化。地球每天的天氣（氣象）和長時(shí)間的氣候變化都是一種天文現(xiàn)象，極端天氣是由對地球作用的天體引力方向突然改變引起的。人類在地球系統(tǒng)內(nèi)部的作用是非常小的，特別是人類排放產(chǎn)生的二氧化碳對氣候變化影響非常小，只是一個(gè)微調(diào)或者擾動(dòng)作用。他提出以大數(shù)據(jù)思維建立終極氣候變化模型：以開普勒三定律和萬有引力定律為基礎(chǔ)，建立一個(gè)以太陽或者銀河系為中心的引力和磁場變化模型，模擬在行星運(yùn)動(dòng)過程中，磁場和引力方向變化以及太陽輻射變化怎樣驅(qū)動(dòng)地球大氣水汽（云）、洋流運(yùn)動(dòng)和巖漿運(yùn)動(dòng)等，從而引起每天不同的天氣變化，特別是模擬引力場和磁場方向突變引起地震和火山噴發(fā)，從而更加準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)重大自然災(zāi)害，并進(jìn)一步研究生態(tài)系統(tǒng)變化。磁場和引力的變化會(huì)影響所有的物質(zhì)（包括生物），因此地球上的每個(gè)物種的出現(xiàn)和消失在某種程度也是由星體引力和磁場變化及周期決定。由于星體運(yùn)行周期長，人類缺乏觀測數(shù)據(jù)和觀測技術(shù)，可以利用地球極端氣候周期變化反推天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律和發(fā)現(xiàn)新的天體，用大數(shù)據(jù)思維建立復(fù)雜氣候變化模型是未來氣候變化研究的趨勢。

在2008年中國南方大雪冰凍災(zāi)害監(jiān)測中，由于雪情復(fù)雜導(dǎo)致常規(guī)監(jiān)測算法失效。在國內(nèi)各個(gè)國家自然災(zāi)害監(jiān)測中心無法獲得地面雪災(zāi)信息情況下，毛克彪應(yīng)李小文院士的邀請參加冰雪災(zāi)害監(jiān)測工作。毛克彪綜合利用自己提出的算法作出的災(zāi)情圖件提交到了國務(wù)院和農(nóng)業(yè)部等相關(guān)部門，得到了國家遙感中心領(lǐng)導(dǎo)和李小文院士的高度贊揚(yáng)，為遙感界爭得了榮譽(yù)，為救災(zāi)提供了有力的支撐信息，凸顯了遙感在大尺度災(zāi)害監(jiān)測中的作用。這一研究成果還被中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站采納并作為業(yè)務(wù)監(jiān)測算法，在國家重大自然災(zāi)害監(jiān)測中發(fā)揮了重大作用。

當(dāng)然，在極端天氣預(yù)測方面，毛克彪認(rèn)為除了加強(qiáng)遙感參數(shù)研究，還要發(fā)射其他遙感衛(wèi)星監(jiān)測地球和觀測太空中其他星星以及其他星云位置的引力場和磁場的變化，從而分析監(jiān)測和預(yù)測地球極端氣候變化事件。另外，由于目前人類的觀測技術(shù)受到限制，還可以通過地面極端氣候和地震等異常來反推天體的運(yùn)行等規(guī)律，從而發(fā)現(xiàn)新的天體及其運(yùn)行規(guī)律。地球氣溫變化幅度主要是由地球在整個(gè)宇宙系統(tǒng)里所處的大周期或者運(yùn)行軌道位置所決定。

毛克彪預(yù)測，在未來的幾年里，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害可能會(huì)越來越多，農(nóng)作物產(chǎn)量也會(huì)越來越不穩(wěn)定。對此，他除了提供技術(shù)支撐，更好地進(jìn)行提前預(yù)測，他還提出了諸多糧食、蔬菜儲(chǔ)備的建議，以及走產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的方式，提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，提高抵御極端天氣的能力，從而減少農(nóng)業(yè)損失。

科技是國家強(qiáng)盛之基，創(chuàng)新是民族進(jìn)步之魂。毛克彪的創(chuàng)新研究成果已經(jīng)在國內(nèi)外學(xué)術(shù)界產(chǎn)生較大影響，我們有理由相信，有更多像他一樣充滿智慧的華夏兒女，將用更多的創(chuàng)新科技以一種不可逆轉(zhuǎn)、不可抗拒的力量推動(dòng)著人類社會(huì)向前發(fā)展！