孫亮：星空下的田野

戎雨杉

農(nóng)業(yè)一直以來都是我國國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，國之重器。時至今日，我們?nèi)栽谙硎苤r(nóng)業(yè)改革的豐碩成果。作為世界農(nóng)業(yè)第一大國，我國糧食總產(chǎn)量連續(xù)6年保持在1.3萬億斤以上，截至2020年更是實現(xiàn)了“十七連豐”。然而隨著糧食的年年豐收，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量年年走高、一騎絕塵，百姓們的米袋子滿、菜籃子豐，欣欣向榮的農(nóng)業(yè)發(fā)展就高枕無憂了嗎？據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織指出，全球每年浪費的食物高達16億噸，其中可食用部分達到13億噸。若將眼光放回國內(nèi)，近年來農(nóng)產(chǎn)品滯銷的新聞甚囂塵上，例如“蓮藕賣不掉拿來喂牲畜”“辣椒直接倒在河里”，諸如此類，比比皆是。導(dǎo)致這一怪圈的根本原因就是對農(nóng)產(chǎn)品的種植情況不了解，使市場供求關(guān)系受到影響。如何才能避免這種盲目的亂象？農(nóng)業(yè)監(jiān)測體系的建構(gòu)變得迫在眉睫。

致力于研究農(nóng)作物產(chǎn)量監(jiān)測問題多年，孫亮及其所在團隊攜帶前沿的農(nóng)業(yè)科技——遙感監(jiān)測技術(shù)脫穎而出，為減少因農(nóng)產(chǎn)品種植無序造成的市場混亂問題發(fā)揮了重大作用。

立足本心 仰望星空

2001年至2005年，就讀于中國地質(zhì)大學的孫亮便與腳下的黃土地結(jié)下了不解之緣。在土地資源管理專業(yè)以出色表現(xiàn)完成了本科的學習后，他隨即前往北京師范大學開始研究生階段的深造。從遇見導(dǎo)師李小文院士的那一天起，“星空”就離他不甚遙遠了。

李小文院士是一位“網(wǎng)紅教授”，人送外號“布鞋院士”，因創(chuàng)建了植被二向性反射Li-Strahler幾何光學模型，奠定了地物二向性反射研究中幾何光學學派的基礎(chǔ)等重要貢獻，被公認為領(lǐng)域的泰斗級專家，更被譽為“我國定量遙感第一人”。數(shù)十年如一日的素衣加布鞋又平生不離酒的他頗有些“學海無涯縱橫去，詩酒江湖度平生”的俠氣意味。在孫亮眼中，李院士是一位灑脫不羈又風趣幽默的“智者”。樸實無華的背后，掩藏一顆對科學執(zhí)著與熱切的追索之心。作為一名教育者，他旁征博引，在博士專業(yè)課堂之上以遙感多角度原理向?qū)W生闡釋古詩詞“草色遙看近卻無”中包含的科學底蘊，且勉勵學生無論對錯都要勇敢發(fā)表自己的觀點;作為一名科學家，他以身作則，力求每一次論證均做到最極致的嚴謹。無論擔當哪種角色，李院士精益求精的態(tài)度都對孫亮產(chǎn)生了潛移默化的影響。

在攻讀博士學位的5年中，孫亮跟隨李小文院士接受了遙感科學的系統(tǒng)培訓(xùn)。遙感的原理其實并不復(fù)雜，根據(jù)其字面釋義可以解釋為“遙遠的感知”，即利用探測器探知目標物體對電磁波的反射、吸收特性來研究對象。而定量遙感則指的是從對地觀測電磁波信號中定量提取地表參數(shù)的技術(shù)和方法研究。站在“巨人的肩膀”之上，孫亮領(lǐng)悟到在整個遙感領(lǐng)域尤其是定量遙感領(lǐng)域，尺度問題是根本問題，針對某一研究如何選擇合適的尺度或分辨率極大程度上決定著觀測質(zhì)量。因此，在獲得北京師范大學優(yōu)秀學術(shù)獎學金并順利拿下博士學位后，孫亮決定前往中國農(nóng)業(yè)科學院繼續(xù)開展博士后研究工作，專攻農(nóng)田水分利用及干旱監(jiān)測問題，嘗試開發(fā)多源遙感數(shù)據(jù)的高分辨率農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測方法及裝置，包括對雷達、光學和地形數(shù)據(jù)進行空間分辨率的轉(zhuǎn)換，使之與土壤水分的低分辨率相同從而進行更好的監(jiān)測。從此之后，星空與土地因為科技而被緊密聯(lián)系在了一起。

中國農(nóng)業(yè)科學院作為直屬于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的事業(yè)單位，是中央級綜合性農(nóng)業(yè)科研機構(gòu)，為所有科研工作者提供了優(yōu)秀的平臺及交流機會。2016年，孫亮耗時2年完成了自己主持的首個國家自然科學基金項目“基于地表溫度-植被指數(shù)特征空間進行土壤水分監(jiān)測研究”，同時迎來了科研事業(yè)的轉(zhuǎn)折點。彼時，直屬于美國農(nóng)業(yè)部的水文遙感實驗室（USDA-ARS Hydrology & Remote Sensing Lab）為他提供了一次交流工作的機會，為拓寬自身科研視野，孫亮毅然動身，前往美國。

在接下來的近4年時間里，孫亮就農(nóng)業(yè)遙感研究方向參與了更深層次的工作，包括基于多平臺衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合算法研究及高時空分辨率遙感數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)監(jiān)測上的應(yīng)用等。在同時擁有中西方的工作經(jīng)歷后，孫亮體會到我國在衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理方面相較于國際頂尖水平仍有很大進步空間，尤以細節(jié)處理為甚，“美國的對地觀測遙感衛(wèi)星圍繞MODIS和Landsat形成了兩個專家組，每年都會定期分別召開學術(shù)研討會，針對衛(wèi)星數(shù)據(jù)從前期傳感器信號定標，到遙感參數(shù)產(chǎn)品的算法及改進，再到后期產(chǎn)品應(yīng)用，進行充分而詳細的討論。其目標只有一個——如何更好地讓這顆衛(wèi)星服務(wù)于科學研究。他們對于基礎(chǔ)工作的投入和對細節(jié)上的追求是超出我們想象的，這是令我印象特別深刻的一點”。

這種差異引發(fā)了孫亮深刻的思考，激發(fā)出了他更強烈的求知欲望。在動力的驅(qū)使下，孫亮更加專注于通過多衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合進行田間尺度的農(nóng)業(yè)監(jiān)測研究，取得的成果也頗為顯著。在美期間，他發(fā)表了多篇重要學術(shù)論文。其中，發(fā)表在Water Resources Research上的文章“Investigating water use over the Choptank River Watershed using a multisatellite data fusion approach（基于多衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合技術(shù)調(diào)查夏普談克河流域用水情況）”還被評為美國地理學會焦點論文（AGU Research Spotlight），并被媒體報道，在業(yè)內(nèi)引發(fā)極大關(guān)注。2018年，在仰望過“科技強國的星空”后，他滿載成果而歸，并決心扎根祖國的“黃土地”。

腳踏實地 與時俱進

2018年，借著“科技興國，人才引進”的東風，孫亮回到了中國農(nóng)業(yè)科學院，但這一次，孫亮對于農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)未來的發(fā)展方向有了全新的見解。他提出，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有空間廣域性、高動態(tài)性及單位產(chǎn)值效益低等特性，同時農(nóng)業(yè)是對土地具有很強依賴性的產(chǎn)業(yè)，因此需要利用多源多層次遙感數(shù)據(jù)融合技術(shù)來支撐數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，為打造新一代的智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)體系奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

要實現(xiàn)這一遠大目標，首先要做到在作物生長初期或中期便能夠準確了解全國農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)和面積，對作物長勢進行精準監(jiān)測，從而提前預(yù)估產(chǎn)量等信息。農(nóng)業(yè)種植的基本單元是田塊，不同田塊種植的作物不同，決定了其采用的管理方式不同。學術(shù)界普遍將能區(qū)分出田塊的遙感數(shù)據(jù)稱之為高空間分辨率數(shù)據(jù)，以美國的Landsat（30m）和歐洲的Sentinel 2（10～30m）為代表，但高空間分辨率衛(wèi)星也不免有其局限性，它們的重訪周期通常時間較長（10～16天），加之云層的影響，要1～2個月才能獲取一景清晰圖像，多云熱帶地區(qū)可能時間更長。因此單純依靠其空間分辨率優(yōu)勢難以滿足連續(xù)對地觀測需求，無法及時獲取作物長勢、災(zāi)害及耕作情況。為解決這一阻礙，孫亮及其所在團隊目前已經(jīng)開啟“高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項應(yīng)用示范系統(tǒng)項目”“高分航空載荷農(nóng)田利用與保護應(yīng)用示范”等探索項目，力求使我國在遙感數(shù)據(jù)處理方面“更上一層樓”。

另一方面，據(jù)孫亮透露，目前他和團隊關(guān)于農(nóng)作物產(chǎn)量監(jiān)測的工作數(shù)據(jù)仍偏重于“過去”，即基于近幾年的遙感數(shù)據(jù)，通過模型計算得到近幾年的農(nóng)作物參數(shù)產(chǎn)品，而非根據(jù)實時數(shù)據(jù)給出預(yù)測方案。針對這一問題，孫亮認為，隨著一系列高分辨率遙感衛(wèi)星的發(fā)射，我國農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)其實已經(jīng)到了發(fā)展近實時觀測的時間節(jié)點，真正實現(xiàn)隨時隨地監(jiān)測及預(yù)測作物生長狀態(tài)完全具備可行性，這一想法促使他與團隊將其作為接下來幾年的工作重心及目標。

科研之外，作為博士生導(dǎo)師的孫亮對于教學同樣有著極為深刻的體會，他坦誠道出教學的難點在于調(diào)動學生的熱情及主觀能動性。作為導(dǎo)師，他會盡可能地為學生營造濃厚的科研氛圍，并加以合理的引導(dǎo)，“帶他們仰望星空后，再教會他們腳踏實地，我就是這么一路走來的”。

而今，孫亮經(jīng)不懈拼搏已經(jīng)行至夢想面前。未來還會有不計其數(shù)的青年科學人投身于遙感行業(yè)中，一起探索星空，氣候與農(nóng)業(yè)的聯(lián)系也終將變得不再神秘。作為領(lǐng)域內(nèi)的前輩，孫亮決心立足豐沃土地，頭頂廣袤蒼穹，背靠信息智能化的時代背景，將遙感技術(shù)進一步與實際需求相結(jié)合，力求實現(xiàn)該行業(yè)的重大技術(shù)突破，以夢為馬，方能不負韶華。