慎思篤行創新路心系民眾愛國情

運怡冰

在2016年5月30日召開的全國科技創新大會上，習近平總書記發表重要講話強調，在我國發展新的歷史起點上，把科技創新擺在更加重要位置，吹響建設世界科技強國的號角……實現“兩個一百年”奮斗目標，實現中華民族偉大復興的中國夢，必須堅持走中國特色自主創新道路，加快各領域科技創新，掌握全球科技競爭先機。這是我們提出建設世界科技強國的出發點。

那么，想要真正實現各個領域的創新，就必須明確每個領域需要解決的問題是什么，面對的未來是怎樣的。就如同在氣候預測領域，氣候干旱主要應該依據哪些參數？地面信息如何獲取？當前氣候變化預測模型還需要哪些改進？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的問題，然而，對于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，一路創新

1977年出生的毛克彪，目前是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。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。他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，研究思路開闊，不拘一格，始終心系祖國山川河流，心系民眾，為國家重大自然災害監測做出了突出貢獻。

一直以來，溫度和水分都被認為是農業資源與環境監測的重要參數，也是表征地球各圈層（巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈）之間能量傳輸的一個重要的物理量，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和能量交換、全球海洋環流、氣候變化異常等方面不可或缺的重要參數，涉及眾多基礎學科和重大應用領域。為了能夠更加深入了解其中的奧秘，毛克彪在水熱參數遙感反演領域兢兢業業潛心科研近20年，取得了令人矚目的成績。

據了解，土壤水分不僅是干旱監測中非常重要的參數，而且其變化影響熱輻射和發射率變化，從而影響地表溫度的反演精度。以前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，同頻率不同極化的微波指數受土壤粗糙度的影響很大。毛克彪通過研究發現，不同頻率V極化的微波指數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，且分析表明通過標準化發射率指數和標準化微波指數建立土壤水分反演方法精度較高，反演誤差降低了10%，得到國際同行認可。為了進一步驗證和提高土壤水分反演算法精度和實用性，他還發明了一套利用GPS地面反射信號反演土壤水分的裝置和方法，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系全天候獲得土壤水分參數，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，獲得了國家發明專利授權，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。

隨后，毛克彪帶領課題組成員進行了更加深入的研究，并先后在國內提出利用卡曼濾波迭代優化方法估算窄波段、寬波段發射率及大氣水汽含量，提高了反演精度；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方法，提高了空氣溫度反演的精度和時效性；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；針對多熱紅外波段數據，通過建立鄰近波段發射率之間的關系，克服方程不足的困難，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；提出了全天候的被動微波數據的地表溫度反演方法，解決了有云情況下熱紅外無法準確反演地表溫度的難題。10余個水熱參數遙感反演算法分別發表在國際IEEE和JGR等刊物上，反演精度得到國際同行認可的同時，也讓自己的個人價值得到無限放大。

心系大眾，揭秘極端天氣

我們知道，對于受制于自然環境的農業生產，極端天氣的影響幾乎是不可避免的。作為農業大國的中國，及時預測極端天氣，讓農民、農業的損失降到最低也成為近年來農業科研工作者關注的問題。為此毛克彪對當前氣候變化預測模型存在的問題進行了研究，并提出了建立基于大數據和萬有引力空間氣候變化模型思想。

毛克彪認為，地球每天的天氣變化是由于各個星體軌道變化導致地球的引力場和磁場每時每刻都在變化，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，從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，氣候周期變化是由于各個星體都在做周期運動。太陽和其他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，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）和長時間的氣候變化都是一種天文現象，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。人類在地球系統內部的作用是非常小的，特別是人類排放產生的二氧化碳對氣候變化影響非常小，只是一個微調或者擾動作用。他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，從而更加準確地預報重大自然災害，并進一步研究生態系統變化。磁場和引力的變化會影響所有的物質（包括生物），因此地球上的每個物種的出現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。由于星體運行周期長，人類缺乏觀測數據和觀測技術，可以利用地球極端氣候周期變化反推天體運動規律和發現新的天體，用大數據思維建立復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害監測中，由于雪情復雜導致常規監測算法失效。在國內各個國家自然災害監測中心無法獲得地面雪災信息情況下，毛克彪應李小文院士的邀請參加冰雪災害監測工作。毛克彪綜合利用自己提出的算法作出的災情圖件提交到了國務院和農業部等相關部門，得到了國家遙感中心領導和李小文院士的高度贊揚，為遙感界爭得了榮譽，為救災提供了有力的支撐信息，凸顯了遙感在大尺度災害監測中的作用。這一研究成果還被中國農業科學院農業部重點實驗室和呼倫貝爾草原生態系統國家野外科學觀測研究站采納并作為業務監測算法，在國家重大自然災害監測中發揮了重大作用。

當然，在極端天氣預測方面，毛克彪認為除了加強遙感參數研究，還要發射其他遙感衛星監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，從而分析監測和預測地球極端氣候變化事件。另外，由于目前人類的觀測技術受到限制，還可以通過地面極端氣候和地震等異常來反推天體的運行等規律，從而發現新的天體及其運行規律。地球氣溫變化幅度主要是由地球在整個宇宙系統里所處的大周期或者運行軌道位置所決定。

毛克彪預測，在未來的幾年里，農業氣象災害可能會越來越多，農作物產量也會越來越不穩定。對此，他除了提供技術支撐，更好地進行提前預測，他還提出了諸多糧食、蔬菜儲備的建議，以及走產學研結合的方式，提高農業現代化建設，提高抵御極端天氣的能力，從而減少農業損失。

科技是國家強盛之基，創新是民族進步之魂。毛克彪的創新研究成果已經在國內外學術界產生較大影響，我們有理由相信，有更多像他一樣充滿智慧的華夏兒女，將用更多的創新科技以一種不可逆轉、不可抗拒的力量推動著人類社會向前發展！