遙感科學(xué)與定量遙感

遙感科學(xué)是在地球科學(xué)與傳統(tǒng)物理學(xué)、現(xiàn)代高科技基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興交叉學(xué)科。遙感科學(xué)的發(fā)展由技術(shù)驅(qū)動(dòng)、需求牽引，提出定量遙感基礎(chǔ)研究的科學(xué)問(wèn)題。20世紀(jì)80年代初美國(guó)NASA發(fā)起了遙感科學(xué)計(jì)劃，隨著地球系統(tǒng)科學(xué)的提出，遙感科學(xué)的重心轉(zhuǎn)向了以促進(jìn)地球系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展為目標(biāo)，以定量遙感為主要標(biāo)志，注重多學(xué)科交叉綜合，從整體上觀測(cè)研究地球。目前在國(guó)際上，越來(lái)越多的學(xué)者們認(rèn)識(shí)到遙感科學(xué)在地學(xué)從傳統(tǒng)定點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)到不同空間范圍多尺度空間轉(zhuǎn)換和地球系統(tǒng)科學(xué)研究中的不可替代作用。而遙感科學(xué)能夠在多源數(shù)據(jù)綜合集成及地學(xué)應(yīng)用方面對(duì)地球系統(tǒng)科學(xué)研究發(fā)揮決定性作用。

定量遙感或稱(chēng)遙感定量化研究主要指從對(duì)地觀測(cè)電磁波信號(hào)中定量提取地表參數(shù)的技術(shù)和方法研究，區(qū)別于僅依靠地圖判讀經(jīng)驗(yàn)的人工解譯定性識(shí)別地物的方法。定量遙感基礎(chǔ)研究，強(qiáng)調(diào)在遙感像元的觀測(cè)尺度上，建立對(duì)遙感面狀信息的地學(xué)理解，對(duì)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(jìn)行檢驗(yàn)和糾正，發(fā)展遙感模型與地表參數(shù)的提取方法，形成地球表面時(shí)空多變要素的遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，為大氣、海洋、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、礦產(chǎn)等研究領(lǐng)域和相關(guān)行業(yè)提供可用的遙感數(shù)據(jù)。

2002年發(fā)表在Remote Sensing of Environment上的論文“First operational BRDF，albedo nadir reflectance products from modis”匯集了多國(guó)科學(xué)家20多年來(lái)在建立地表二向性反射(BRDF)模型和地表反照率參數(shù)提取方面的研究成果，論述了采用搭載美國(guó)對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)衛(wèi)星的MODIS傳感器數(shù)據(jù)生成地表二向性反射、反照率等系列數(shù)據(jù)產(chǎn)品的基本算法和模型，并對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，舉例說(shuō)明了數(shù)據(jù)產(chǎn)品在全球和區(qū)域尺度上的應(yīng)用。其中，由中國(guó)科學(xué)家為主發(fā)展的Li-Stralher幾何光學(xué)模型和核驅(qū)動(dòng)模型是該數(shù)據(jù)產(chǎn)品算法采用的主要模型。由于地表反照率是地表能量交換的重要參數(shù)，相關(guān)研究方向多、應(yīng)用范圍廣，因而對(duì)其遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生成算法、評(píng)價(jià)和應(yīng)用就受到了很多關(guān)注。

在定量遙感的研究領(lǐng)域中，近年來(lái)科學(xué)家的研究主要集中在以下幾個(gè)方向。

(1)遙感機(jī)理模型的建模研究，在多年模型研究的基礎(chǔ)上，主要研究遙感像元尺度上適用的遙感模型，研究描述新型傳感器信號(hào)特征與地表參數(shù)關(guān)系的模型，研究模型在不同空間尺度上的尺度效應(yīng)和尺度轉(zhuǎn)換原理和方法。

(2)地表參數(shù)的模型反演與陸地遙感數(shù)據(jù)同化研究，研究利用多種遙感數(shù)據(jù)和地表參數(shù)背景場(chǎng)知識(shí)，提取地表時(shí)空多變參數(shù)的方法模型和算法;研究遙感物理模型與相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用結(jié)合中模型的鏈接與模型參數(shù)的轉(zhuǎn)換方法，使遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品能滿足應(yīng)用的需求。

(3)新型遙感器數(shù)據(jù)的定標(biāo)技術(shù)研究，智能化處理技術(shù)與方法研究;時(shí)空多變地表參數(shù)反演結(jié)果的驗(yàn)證方法研究;遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量的真實(shí)性檢驗(yàn)。

遙感科學(xué)作為傳統(tǒng)地學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、近代信息技術(shù)等多學(xué)科交叉的科學(xué)領(lǐng)域，將通過(guò)與多種相關(guān)學(xué)科的結(jié)合，為人類(lèi)提供對(duì)地觀測(cè)的多種信息和遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品。定量遙感研究主要面向遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品生成和遙感應(yīng)用中的科學(xué)問(wèn)題，提出適用的模型方法，發(fā)展解決問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，為日益廣泛的遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用提供科學(xué)基礎(chǔ)。

李小文院士，現(xiàn)任北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院名譽(yù)院長(zhǎng)，中科院遙感所所長(zhǎng)，遙感與地理信息系統(tǒng)研究中心主任，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，專(zhuān)長(zhǎng)于遙感基礎(chǔ)理論研究，是Li-Strahler幾何光學(xué)學(xué)派的創(chuàng)始人，成名作被列入國(guó)際光學(xué)工程協(xié)會(huì)“里程碑系列”，在國(guó)內(nèi)外遙感界享有盛譽(yù)。主持過(guò)多項(xiàng)攀登、863、重點(diǎn)基金、NASA基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，現(xiàn)在是973項(xiàng)目“地球表面時(shí)空多變要素的定量遙感理論及應(yīng)用”的首席科學(xué)家。