楊飛：心向服務(wù)做科研

劉賀

科研工作者想獲得第一手的研究數(shù)據(jù)就必須要深入實(shí)踐。野外實(shí)地采樣不僅耗費(fèi)物力財(cái)力，可能還存在眾多不確定的風(fēng)險(xiǎn)威脅。所幸在信息科技迅速發(fā)展時(shí)代，通過(guò)傳感器對(duì)千里之外的物體進(jìn)行拍攝所得電磁波的信息來(lái)分析與應(yīng)用的一種技術(shù)——遙感，就能實(shí)現(xiàn)科研工作者對(duì)研究對(duì)象的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速、大面積、全面地接收、處理。

“運(yùn)籌帷幄之中，決勝千里之外”。遙感技術(shù)就像是一個(gè)“神器”，給農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國(guó)土、海洋、環(huán)保等領(lǐng)域以“加持”，使它們?cè)诟咝录夹g(shù)大升級(jí)的時(shí)代中演繹出新一輪的精彩。中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所副研究員楊飛的工作，就是在淬煉這一“神器”，希望能夠通過(guò)自己的努力，使遙感地學(xué)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)更好地服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)。

小荷才露尖尖角

20世紀(jì)，人類的一大進(jìn)步就是實(shí)現(xiàn)了太空對(duì)地觀測(cè)。尤其是進(jìn)入21世紀(jì)之后，高光譜遙感集探測(cè)器技術(shù)、精密光學(xué)機(jī)械、微弱信號(hào)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體，能夠?qū)崿F(xiàn)地物空間信息、輻射信息、光譜信息的同步獲取，前景十分廣闊。

這對(duì)求知于地理學(xué)的楊飛來(lái)說(shuō)，足以挑起他的好奇心。2004年起，楊飛考入中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所碩博連讀。這期間，他在高光譜遙感上得到了進(jìn)一步積累，其博士論文的主要內(nèi)容，就是充分利用高光譜信息來(lái)研究農(nóng)作物關(guān)鍵參數(shù)的反演。

為何要反演？楊飛博士解釋，太陽(yáng)輻射照射農(nóng)作物冠層后會(huì)被反射，且不同光譜波段的反射作用差異顯著。“我們可以通過(guò)遙感獲取作物冠層對(duì)各光譜波段的反射率，并利用這個(gè)反射率數(shù)據(jù)，根據(jù)物理或經(jīng)驗(yàn)等模型算法反推估算農(nóng)作物（或其它植被）的關(guān)鍵參數(shù)。”

他發(fā)現(xiàn)，整個(gè)反推過(guò)程會(huì)受到很多因素的影響，有用的信息越多，把其他干擾因素排除掉的可能性就越大，反演的結(jié)果才會(huì)越準(zhǔn)確。牛刀小試，楊飛扎下了一定的基礎(chǔ)。到中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所開(kāi)展博士后期間，他連續(xù)申請(qǐng)了中國(guó)博士后基金面上資助和特別資助兩個(gè)基金，科研熱情高漲。

模型反演過(guò)程中，如何在保證精度的同時(shí)又減少計(jì)算量？這需要科學(xué)地確定反演算法中代價(jià)函數(shù)個(gè)數(shù)和波段選擇。楊飛深知精度的重要性，也明白反演精度常常會(huì)受到干擾，比如我國(guó)華北東北農(nóng)業(yè)種植區(qū)的居民地比較分散，在進(jìn)行作物參數(shù)遙感反演時(shí)，應(yīng)該排除零星散布的居民地等影響。楊飛此時(shí)要做的，就是對(duì)作物冠層參數(shù)遙感反演的最佳波段組合、代價(jià)函數(shù)個(gè)數(shù)選取、參數(shù)反演產(chǎn)品精度驗(yàn)證與關(guān)鍵影響因素干擾評(píng)估等開(kāi)展工作。

一個(gè)環(huán)保性公益性課題提出，要利用遙感技術(shù)研究分析全國(guó)主要農(nóng)業(yè)面源污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)課題需求，這項(xiàng)工作得在全國(guó)范圍內(nèi)展開(kāi)，也就需要應(yīng)用公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行評(píng)估。這是目前較為先進(jìn)和成熟的數(shù)據(jù)分布技術(shù)，但由于“布網(wǎng)”較大，也容易產(chǎn)生較大的誤差風(fēng)險(xiǎn)。

楊飛沒(méi)有顧慮太多，而是沉下心來(lái)認(rèn)真整理、分析、驗(yàn)證數(shù)據(jù)，并推陳出新提出新的評(píng)估算法。他認(rèn)為，除了應(yīng)該準(zhǔn)確評(píng)估污染物來(lái)源之外，也應(yīng)考慮污染物運(yùn)移傳輸規(guī)律，進(jìn)而提出一種新的農(nóng)業(yè)面源污染潛力評(píng)價(jià)指數(shù)T-APPI。該指數(shù)綜合了氣候、陸表過(guò)程、污染源等多種數(shù)據(jù)源和影響因素，首次在公里格網(wǎng)尺度上準(zhǔn)確評(píng)價(jià)了全國(guó)主要農(nóng)業(yè)面源污染潛力并進(jìn)行了精度驗(yàn)證。

當(dāng)時(shí)，也有國(guó)外科研人員在做相關(guān)研究，但通過(guò)對(duì)比雙方算法評(píng)估結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，楊飛的成果顯然更符合客觀現(xiàn)實(shí)規(guī)律。這令他得到了國(guó)內(nèi)外審稿專家和項(xiàng)目評(píng)審專家的高度肯定，其成果被認(rèn)為對(duì)環(huán)保部環(huán)境質(zhì)量評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)防控有重要指導(dǎo)價(jià)值。

“這只是一點(diǎn)點(diǎn)創(chuàng)新”，楊飛說(shuō)。他非常清楚，這只是他科研道路上的一小步，當(dāng)下優(yōu)秀的年輕人非常多，他更需要長(zhǎng)期的積累和努力。細(xì)火慢工，他會(huì)更加注重修身，充分利用時(shí)間多看文獻(xiàn)、多試驗(yàn)、多思考。當(dāng)創(chuàng)新靈感火花迸發(fā)的時(shí)候，他希望自己是準(zhǔn)備好了的那個(gè)人。

“面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)”

中國(guó)科學(xué)院向來(lái)倡導(dǎo)科學(xué)技術(shù)要面向世界科技前沿、面向國(guó)家重大需求、面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)。耳濡目染之下，楊飛也十分看重遙感技術(shù)及其數(shù)據(jù)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)民生的應(yīng)用研究。

一個(gè)明顯的例子，就是他利用遙感技術(shù)對(duì)我國(guó)森林遭受極端氣候事件干擾后的自然生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力診斷展開(kāi)研究。期間，他摒棄了之前只用一個(gè)閾值就武斷確定受災(zāi)范圍的方式，轉(zhuǎn)而對(duì)海拔、坡度坡向、植被類型差異等因素綜合考量，最終精準(zhǔn)確認(rèn)了2008年冰雪凍災(zāi)的森林受災(zāi)范圍、受災(zāi)程度、生態(tài)恢復(fù)力、恢復(fù)時(shí)間等。

選擇生態(tài)恢復(fù)力來(lái)研究，楊飛經(jīng)過(guò)了深思熟慮。我國(guó)森林比較繁茂的地方一個(gè)是東北地區(qū)，一個(gè)是南方丘陵山區(qū)。根據(jù)近幾十年氣候變化規(guī)律分析，我國(guó)南方山區(qū)基本每10年左右就會(huì)出現(xiàn)一次比較嚴(yán)重的冰雪凍災(zāi)現(xiàn)象。在受到這種極端氣候干擾后，森林生態(tài)系統(tǒng)可能恢復(fù)成原本的平衡狀態(tài)，也可能轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸厣鷳B(tài)系統(tǒng)或者裸地，走向另一種新的平衡狀態(tài)。影響這種恢復(fù)力的因素有很多，包括自然因素中的溫度、降水、土壤、樹(shù)種類型等，以及人類活動(dòng)影響等，而且這些影響因素之間存在著動(dòng)態(tài)復(fù)雜的時(shí)空相互作用。

“2008年的冰雪凍災(zāi)出現(xiàn)后，因?yàn)闆](méi)有完備的預(yù)警措施，對(duì)于受災(zāi)嚴(yán)重需要盡快修復(fù)的森林區(qū)域沒(méi)有及時(shí)地認(rèn)知和準(zhǔn)確地判斷，使得國(guó)家森林資源遭受嚴(yán)重的損失。所以我們當(dāng)時(shí)就想更多關(guān)注南方森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力遙感診斷，希望可以為防災(zāi)減災(zāi)、森林資源撫育等提供科學(xué)依據(jù)。”楊飛介紹道。

話雖如此，要實(shí)現(xiàn)也不容易。畢竟目前對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的研究還多停留在概念層面，其動(dòng)態(tài)定量化分析仍在逐步探索過(guò)程中。鑒于此，楊飛提出了一種新的思路——將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)診斷和地理信息系統(tǒng)空間分析相結(jié)合。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)可以綜合分析自然資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、管理等因素的相互作用機(jī)制和因果反饋關(guān)系；而地理信息系統(tǒng)技術(shù)具有較強(qiáng)的空間分析功能，可以很好地表達(dá)和模擬系統(tǒng)要素的空間狀況。如此一來(lái)，就將兩者的長(zhǎng)處有效地結(jié)合到了一起。

當(dāng)然，對(duì)精度的追求一直貫穿在楊飛的研究過(guò)程中。他希望通過(guò)提高遙感數(shù)據(jù)的精度來(lái)提升應(yīng)用研究的精度，通過(guò)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)問(wèn)題改進(jìn)數(shù)據(jù)精度，形成一個(gè)良性循環(huán)，使科研數(shù)據(jù)和遙感研究成果能夠真正地應(yīng)用起來(lái)，真正地服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)，為人民謀福利。

一路走來(lái)，楊飛在成長(zhǎng)，也對(duì)影響自己良深的人心懷感恩，其中一位就是德高望重的孫九林院士。“他堅(jiān)信‘活到老，學(xué)到老，哪怕到了耄耋之年，于科研仍有一股不怕困難、堅(jiān)韌執(zhí)著的勁頭，只要認(rèn)定有意義、有價(jià)值的事情一定會(huì)認(rèn)真努力地去做。他樂(lè)于和大家分享科研成果，也鼓勵(lì)科研人員進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、信息共享。現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)一二十年不懈努力，他已經(jīng)初步建立起地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)的共享國(guó)家平臺(tái)，并仍在努力地推動(dòng)著國(guó)家數(shù)據(jù)共享進(jìn)展。”

榜樣們的事跡，楊飛津津樂(lè)道。一直以來(lái)，他以他們自勉，逐漸形成了自己的科研態(tài)度：適度的科研較真，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，勤奮好學(xué)的品質(zhì)，有助于科研工作百尺竿頭更進(jìn)一步，有助于科研成果更好地服務(wù)社會(huì)。