譜寫農業遙感新篇章

路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所研究員毛克彪所求索的，是在農業遙感領域上的突破。多年來，他以精湛的學識，豐富而成熟的科研能力在農業遙感領域潛心研究，取得了重大成果，為許多專業學科建立了聯系，指引了前行的道路與方向。

“遙感是從遠外探測儀器接收來自目標地物的電磁波信息，通過對信息的處理，揭示出目標物的特征、性質及其變化。”毛克彪解釋道。在這樣的定義下，意味著遙感可以實現信息收集和分析的定時、定量和定位，表現出客觀性強、不易受人為干涉的特點，更方便決策。至于他所從事的農業遙感技術，則是多種學科交叉綜合的結果，依托于空間科學、地球科學、信息科學和農學等，為人類從多方位、宏觀的角度去認識農業提供了新方法和新手段。毛克彪就是運用衛星遙感技術快速準確地獲取大面積、長時間序列的地表溫度和土壤水分，具有重大的科學意義，同時也具有重要的社會經濟價值，把農業科學化提升到一個新的水平。

潛心研究填補專業空白

毛克彪于1977年出生在湖南，現為中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所研究員（優秀青年一級人才），湖南科技大學兼職教授，安徽農業大學客座教授。從兒時起，勤學苦練就成為一種良好特質滲透進了毛克彪的人生習慣中。走上工作崗位后，他依然保持著吃苦耐勞的好作風和堅韌不拔的性格，邊工作邊學習，踏出一串堅實的足跡，寫下一串令人嘆服的履歷：他主持或作為核心成員參與各類國家重大、重點等科研項目近20項。在國內外期刊和國際會議發表論文100余篇，專著1部，獲得國家發明專利6項，國際發明專利3項、為國家重大自然災害監測做出突出貢獻，2016年5月被授予“全國優秀科技工作者”稱號。毛克彪是一位在學術界研究思維非常活躍的學者，在遙感和計算機等七個專業學習過，像他一樣的科研人員大抵都思路開闊，不拘一格，不會因為歲月的逝去而消沉，也不因時代的更迭而泯滅，他們會用智慧的頭腦與嫻熟的能力在科研的道路上撐起一片天。

毛克彪的研究興趣聚焦于農業大數據、氣候變化、農業遙感、微波、熱紅外遙感、空間數據挖掘及GIS應用等方面的研究。他在每一項研究中都會發現問題，并運用所學知識和團隊并肩解決問題。

“舉一個例子”，毛克彪說。地表熱輻射在通過大氣到達衛星傳感器的過程中，主要受地表類型和土壤水分，近地表空氣溫度和大氣水汽含量的影響。氮磷鉀溶解在土壤水分里面，土壤水分的變化會影響介電常數變化，從而改變發射率，發射率變化會影響地表的輻射效率，而地表溫度變化又會決定土壤水分的蒸發速度，從而影響與近地表空氣的能量交互，改變近地表空氣溫度；近地表空氣溫度的變化影響大氣剖面，繼而決定大氣平均作用溫度；在地表熱輻射經過大氣時，被大氣水汽吸收，然后達到衛星傳感器。“因此，我們可以看出在利用單波段熱紅外傳感器準確計算地表溫度過程中，必須滿足三個條件：獲取大氣水汽含量計算大氣透過率；獲取近地表空氣溫度估算大氣平均作用溫度；已知地表類型和土壤水分準確估算地表發射率。”

以往大部分研究人員只集中在輻射傳輸方程中某一個部分的改進提高反演精度，毛克彪為了系統性提高地表溫度反演精度，在三個關鍵參數以及空間氣候變化方面都做了大量創新研究工作。在土壤水分反演精度方向上，他建立了標準極化微波指數模型，提高了土壤水分反演精度；還發明了一套利用GPS地面反射信號估算土壤水分的儀器和方法，要知道，在這以前，國內想要在地面高空估算大面積土壤水分還是萬萬不敢想的。

俗話說“萬丈高樓平地起”，做任何事都是需要一點一點累積而成的，科學研究更是如此。在此后的工作與調研中，毛克彪潛心研究，寓教于學，開拓創新地提出觀點并給予實施，填補了國內眾多領域的空白。

積極創新再造新高度

2007年，當意氣風發的毛克彪從中國科學院遙感應用研究所博士畢業后，就一頭扎進農業遙感領域，憑的就是這一股奉獻青春和智慧的勇氣與決心。

2014～2015年，毛克彪設計完成了“基于遙感研究2013年夏季高溫干旱對我國糧食生產影響”的課題，并獲得了國家自然科學基金的資助；2016年，他主持基于遙感研究氣候變化背景下農業旱災時空變化對糧食生產影響的課題，申請了國家自然科學基金，目前項目也在如火如荼地進行，預計2019年完成。

土壤水分不但是干旱監測中非常重要的參數，而且其變化會影響熱輻射和發射率變化，從而影響地表溫度的反演精度。以往人們通過同一個頻率不同極化建立微波指數與土壤水分建立統計關系計算土壤水分，毛克彪通過研究發現，不同頻率V極化的微波指數能較好的消除粗糙度的影響，從而提出并建立了新的不同頻率同極化標準化微波指數模型，在此基礎上建立了被動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，且利用這種方法反演誤差降低了10%。為了進一步驗證和提高土壤水分反演算法精度和實用性，毛克彪發明了一套利用GPS地面反射信號反演土壤水分的裝置和方法，該方法填補了國內在地面一定高度獲得大面積土壤水分參數儀器的空白，解決了星上土壤水分驗證時地面點觀測難以匹配且缺乏代表性的難題，被“草原植被及其水熱生態條件遙感監測理論方法與應用”項目采納，并在國家呼倫貝爾草原生態站得到了應用，為草原生態監測提供了強大的技術支持。

毛克彪始終把創新貫穿在地面溫度遙感定量反演及農業應用項目的進程中，為了提高空氣溫度反演的精度和時效性，他首次提出利用先驗知識和人工智能方法，直接從遙感數據大面積估算近地表空氣溫度反演的方法，使得直接從遙感數據大面積反演近地表空氣溫度的反演方法變得通用，誤差大約1℃（同類國際刊物發表精度是2?3℃），應用效果明顯，并有了很多代表性成果。在此基礎上，毛克彪進一步利用大氣水汽含量作為先驗知識提高近地表空氣溫度反演精度，還獲得國家發明專利1項。

毛克彪還在晴空條件下，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獲得水汽的困難，提出了地表溫度和發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；針對多個波段的熱紅外數據，克服方程不足的困難，通過建立鄰近波段發射率之間的關系，繼續提出了同時反演地表溫度和發射率的多波段反演算法，并利用神經網絡進行優化計算，大大提高了反演精度和算法適用性。

生命無止境，科研的腳步不會停止，毛克彪也一直都在前行。在熱紅外無法準確反演地表溫度的問題上，他提出了全天候的被動微波數據的地表溫度反演方法，解決了有云的情況下熱紅外無法準確反演地表溫度的重大難題。全球平均每天有60?70%的地表受云影響，熱紅外在云覆蓋地區很難獲得地面信息，為了克服這一缺點，他在分析Aqua衛星多傳感器特征的基礎上，提出利用MODIS溫度產品和AMSR-E不同通道之間的亮度溫度建立反演地表溫度的反演模型。從而克服了以往需要同步測量地面溫度數據的困難，并為不同傳感器之間的參數反演的相互校正和綜合利用多傳感器的數據提供實際應用和理論依據，解決了有云情況下熱紅外無法準確反演地表溫度的難題。在精確反演地表溫度上，建立的統計方法的平均誤差在2℃左右，國際相關研究精度為2～3℃。毛克彪在此基礎上，利用多傳感器的優勢和人工智能方法，進一步提高精度和使得算法通用化，獲得國家發明專利1項。

近年來，毛克彪研究當前氣候變化預測模型存在的問題，提出了建立基于大數據和萬有引力空間氣候變化模型的思想。他認為地球每天的天氣變化是由于各個星體軌道變化導致的，高速自轉和公轉的地球每時每刻都在做自我調整從而達到動態平衡，繼而引起地球系統每天水循環（包括大氣水汽、降雨和洋流）和地球內部（巖漿）等變化，形成了每天不一樣的天氣。毛克彪通過大量分析后認為地球能夠自我調節溫度，人類對地球溫度變化影響不大，特別是二氧化碳的排放對地球溫度的影響只是起到擾動或者微調作用。他對遙感數據分析表明：大氣中的二氧化碳濃度增加，按照常理大氣溫度升高，大氣水汽飽和度增加，溫度繼續升高，反復疊加，溫度會持續增加；然而數據分析表明大氣中的水汽含量下降，從而部分抵消了二氧化碳的影響，溫度不是線性上升。毛克彪認為地球溫度的變化是由地球在太陽系和銀河系中的軌道位置所處的能級決定，氣候周期變化是由于各個星體都在做周期運動，太陽和其它星體也是在運動的過程中由于各星體引力和磁場大小及方向變化做即時自我調整。毛克彪提出以大數據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，建立一個以太陽或者銀河系為中心的引力和磁場變化模型，模擬在行星運動過程中，磁場和引力方向變化以及太陽輻射變化怎樣驅動地球大氣水汽（云）、洋流運動和巖漿運動等，從而更加準確地預報重大自然災害，創造了農業遙感領域內的新高度，引領了前進的腳步與方向。

為農業遙感添磚加瓦

孔夫子在幾千年前就曾說過“學而不厭.誨人不倦”，在求知路上，我們應該孜孜以求，永不止歇。毛克彪在對待農業遙感技術上也始終秉持著嚴于律己、寬以待人的態度。

毛克彪在地面溫度遙感定量反演及農業應用這個項目上付出很大的心血，他在研究中發現如何將被動微波遙感與熱紅外遙感相融合，取長補短，實現對地表溫度的全天候、高空間分辨率遙感反演，在解決目前遙感溫度產品在空間上不連續和分辨率不夠高的問題上顯得尤為重要。

毛克彪就在已有研究成果的基礎上，打算進一步研究被動微波與熱紅外數據聯合反演地表溫度的容和算法，構建高空間分辨率且空間上連續的溫度產品。并準備利用靜止氣象衛星和地面觀測站點數據，建立溫度變化函數，從而利用不同時段的衛星溫度產品通過函數關系計算連續的小時溫度產品。在這兩方面的基礎上，毛克彪還萌生了要研究如何選擇多顆衛星建立歸一化方法的想法，這樣一來就可為我國農業提供長時間序列的高空間、高時間和高精度的溫度產品，提高災害監測和糧食估產精度。

在具體操作過程中，毛克彪提出首先應進行相關數據的前期收集和地面觀測的準備工作，建立研究所需要的基礎數據庫。然后針對FY-3和VIIRS數據的新特征，提出對數據適合的地表溫度反演算法，以應對MODIS數據不足的情況。并且可以利用被動微波數據對云覆蓋的區域進行地表溫度反演，進行精度校驗，計算相對準確的區域平均溫度。再者要充分利用插值和人工智能方法對熱紅外獲得的地表溫度和被動微波反演得到的表面溫度進行更好的融合，以便獲得高空間分辨率的溫度數據。其次還要利用靜止氣象衛星和區域氣象站點觀測數據，對區域表面溫度進行擬合，獲得每天溫度變化函數。最后利用不同衛星數據產品，提出歸一化函數，構建長時間序列的溫度產品數據，可以分析十多年高溫干旱對糧食生產的影響，從而進一步找到相關解決方法，對保障糧食產量及安全問題至關重要。

毛克彪還在地面溫度遙感定量反演及農業應用這個項目上提出了很多具有前瞻性與開拓性的觀點，他針對FY-3/VIIRS新數據特征，計劃提出新的算法，利用熱紅外高空間分辨率優勢和被動微波數據全天候各自的優勢，提出融合算法獲得高空間分辨率的溫度數據；他還在這個項目上準備利用靜止氣象衛星和氣象站點觀測數據獲得每天24小時溫度變化的函數，利用不同時間段的遙感溫度產品計算區域每個小時的溫度產品數據，為氣候變化模型提供更高時間分辨率的溫度參數。這樣一來，就可建立高空間分辨率的熱紅外與被動微波融合的反演算法，還可建立溫度變化函數獲得以小時分辨率的區域溫度數據庫，以幫助提高農業災害監測和農作物估產精度，保障國家糧食安全。

正所謂：“國以民為本，民以食為天”。糧食既是關系國計民生和國家經濟安全的重要戰略物資，也是人民群眾最基本的生活資料。糧食安全與社會的和諧、政治的穩定、經濟的持續發展息息相關。毛克彪就是這樣一步一個腳印實現著人生的積累也奉獻著自身對農業遙感事業的無限熱愛，用辛勤的汗水與智慧的澆灌為農業遙感事業添磚加瓦，熠熠生輝。相信他在享受身心磨礪之后，終會守得云開見月明，也將繼續描繪更美的彩虹藍圖，用最樸素的歲月裝點最燦爛的科研人生。