楊飛：心向服務做科研

劉賀

科研工作者想獲得第一手的研究數據就必須要深入實踐。野外實地采樣不僅耗費物力財力，可能還存在眾多不確定的風險威脅。所幸在信息科技迅速發展時代，通過傳感器對千里之外的物體進行拍攝所得電磁波的信息來分析與應用的一種技術——遙感，就能實現科研工作者對研究對象的數據信息進行快速、大面積、全面地接收、處理。

“運籌帷幄之中，決勝千里之外”。遙感技術就像是一個“神器”，給農業、林業、國土、海洋、環保等領域以“加持”，使它們在高新技術大升級的時代中演繹出新一輪的精彩。中國科學院地理科學與資源研究所副研究員楊飛的工作，就是在淬煉這一“神器”，希望能夠通過自己的努力，使遙感地學數據質量評價更好地服務于國民經濟主戰場。

小荷才露尖尖角

20世紀，人類的一大進步就是實現了太空對地觀測。尤其是進入21世紀之后，高光譜遙感集探測器技術、精密光學機械、微弱信號檢測、計算機技術、信息處理技術于一體，能夠實現地物空間信息、輻射信息、光譜信息的同步獲取，前景十分廣闊。

這對求知于地理學的楊飛來說，足以挑起他的好奇心。2004年起，楊飛考入中國科學院東北地理與農業生態研究所碩博連讀。這期間，他在高光譜遙感上得到了進一步積累，其博士論文的主要內容，就是充分利用高光譜信息來研究農作物關鍵參數的反演。

為何要反演？楊飛博士解釋，太陽輻射照射農作物冠層后會被反射，且不同光譜波段的反射作用差異顯著。“我們可以通過遙感獲取作物冠層對各光譜波段的反射率，并利用這個反射率數據，根據物理或經驗等模型算法反推估算農作物（或其它植被）的關鍵參數。”

他發現，整個反推過程會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，反演的結果才會越準確。牛刀小試，楊飛扎下了一定的基礎。到中國科學院地理科學與資源研究所開展博士后期間，他連續申請了中國博士后基金面上資助和特別資助兩個基金，科研熱情高漲。

模型反演過程中，如何在保證精度的同時又減少計算量？這需要科學地確定反演算法中代價函數個數和波段選擇。楊飛深知精度的重要性，也明白反演精度常常會受到干擾，比如我國華北東北農業種植區的居民地比較分散，在進行作物參數遙感反演時，應該排除零星散布的居民地等影響。楊飛此時要做的，就是對作物冠層參數遙感反演的最佳波段組合、代價函數個數選取、參數反演產品精度驗證與關鍵影響因素干擾評估等開展工作。

一個環保性公益性課題提出，要利用遙感技術研究分析全國主要農業面源污染的潛在風險。根據課題需求，這項工作得在全國范圍內展開，也就需要應用公里格網數據處理技術進行評估。這是目前較為先進和成熟的數據分布技術，但由于“布網”較大，也容易產生較大的誤差風險。

楊飛沒有顧慮太多，而是沉下心來認真整理、分析、驗證數據，并推陳出新提出新的評估算法。他認為，除了應該準確評估污染物來源之外，也應考慮污染物運移傳輸規律，進而提出一種新的農業面源污染潛力評價指數T-APPI。該指數綜合了氣候、陸表過程、污染源等多種數據源和影響因素，首次在公里格網尺度上準確評價了全國主要農業面源污染潛力并進行了精度驗證。

當時，也有國外科研人員在做相關研究，但通過對比雙方算法評估結果后發現，楊飛的成果顯然更符合客觀現實規律。這令他得到了國內外審稿專家和項目評審專家的高度肯定，其成果被認為對環保部環境質量評估和風險防控有重要指導價值。

“這只是一點點創新”，楊飛說。他非常清楚，這只是他科研道路上的一小步，當下優秀的年輕人非常多，他更需要長期的積累和努力。細火慢工，他會更加注重修身，充分利用時間多看文獻、多試驗、多思考。當創新靈感火花迸發的時候，他希望自己是準備好了的那個人。

“面向國民經濟主戰場”

中國科學院向來倡導科學技術要面向世界科技前沿、面向國家重大需求、面向國民經濟主戰場。耳濡目染之下，楊飛也十分看重遙感技術及其數據產品在國內民生的應用研究。

一個明顯的例子，就是他利用遙感技術對我國森林遭受極端氣候事件干擾后的自然生態系統恢復力診斷展開研究。期間，他摒棄了之前只用一個閾值就武斷確定受災范圍的方式，轉而對海拔、坡度坡向、植被類型差異等因素綜合考量，最終精準確認了2008年冰雪凍災的森林受災范圍、受災程度、生態恢復力、恢復時間等。

選擇生態恢復力來研究，楊飛經過了深思熟慮。我國森林比較繁茂的地方一個是東北地區，一個是南方丘陵山區。根據近幾十年氣候變化規律分析，我國南方山區基本每10年左右就會出現一次比較嚴重的冰雪凍災現象。在受到這種極端氣候干擾后，森林生態系統可能恢復成原本的平衡狀態，也可能轉變為草地生態系統或者裸地，走向另一種新的平衡狀態。影響這種恢復力的因素有很多，包括自然因素中的溫度、降水、土壤、樹種類型等，以及人類活動影響等，而且這些影響因素之間存在著動態復雜的時空相互作用。

“2008年的冰雪凍災出現后，因為沒有完備的預警措施，對于受災嚴重需要盡快修復的森林區域沒有及時地認知和準確地判斷，使得國家森林資源遭受嚴重的損失。所以我們當時就想更多關注南方森林生態系統的恢復力遙感診斷，希望可以為防災減災、森林資源撫育等提供科學依據。”楊飛介紹道。

話雖如此，要實現也不容易。畢竟目前對生態系統恢復力的研究還多停留在概念層面，其動態定量化分析仍在逐步探索過程中。鑒于此，楊飛提出了一種新的思路——將系統動力學診斷和地理信息系統空間分析相結合。系統動力學可以綜合分析自然資源、社會、經濟、管理等因素的相互作用機制和因果反饋關系；而地理信息系統技術具有較強的空間分析功能，可以很好地表達和模擬系統要素的空間狀況。如此一來，就將兩者的長處有效地結合到了一起。

當然，對精度的追求一直貫穿在楊飛的研究過程中。他希望通過提高遙感數據的精度來提升應用研究的精度，通過應用發現數據問題改進數據精度，形成一個良性循環，使科研數據和遙感研究成果能夠真正地應用起來，真正地服務于國民經濟主戰場，為人民謀福利。

一路走來，楊飛在成長，也對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。“他堅信‘活到老，學到老，哪怕到了耄耋之年，于科研仍有一股不怕困難、堅韌執著的勁頭，只要認定有意義、有價值的事情一定會認真努力地去做。他樂于和大家分享科研成果，也鼓勵科研人員進行數據共享、信息共享。現在，經過一二十年不懈努力，他已經初步建立起地球系統科學數據的共享國家平臺，并仍在努力地推動著國家數據共享進展。”

榜樣們的事跡，楊飛津津樂道。一直以來，他以他們自勉，逐漸形成了自己的科研態度：適度的科研較真，嚴謹的工作態度，勤奮好學的品質，有助于科研工作百尺竿頭更進一步，有助于科研成果更好地服務社會。