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(fā)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(yīng)用的一種技術(shù)——遙感，就能實現(xiàn)科研工作者對研究對象的數(shù)據(jù)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(shù)就像是一個“神器”，給農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國土、海洋、環(huán)保等領(lǐng)域以“加持”，使它們在高新技術(shù)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(shù)據(jù)質(zhì)量評價更好地服務(wù)于國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場。

小荷才露尖尖角

20世紀，人類的一大進步就是實現(xiàn)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(shù)、精密光學機械、微弱信號檢測、計算機技術(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(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，太陽輻射照射農(nóng)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(shù)據(jù)，根據(jù)物理或經(jīng)驗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)?！?img src="https://cimg.fx361.com/images/2017/09/04/kxzg201708kxzg20170820-1-l.jpg" style="">

他發(fā)現(xiàn)，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(jié)果才會越準確。牛刀小試，楊飛扎下了一定的基礎(chǔ)。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(xù)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(shù)個數(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受到干擾，比如我國華北東北農(nóng)業(yè)種植區(qū)的居民地比較分散，在進行作物參數(shù)遙感反演時，應(yīng)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(shù)遙感反演的最佳波段組合、代價函數(shù)個數(shù)選取、參數(shù)反演產(chǎn)品精度驗證與關(guān)鍵影響因素干擾評估等開展工作。

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

楊飛沒有顧慮太多，而是沉下心來認真整理、分析、驗證數(shù)據(jù)，并推陳出新提出新的評估算法。他認為，除了應(yīng)該準確評估污染物來源之外，也應(yīng)考慮污染物運移傳輸規(guī)律，進而提出一種新的農(nóng)業(yè)面源污染潛力評價指數(shù)T-APPI。該指數(shù)綜合了氣候、陸表過程、污染源等多種數(shù)據(jù)源和影響因素，首次在公里格網(wǎng)尺度上準確評價了全國主要農(nóng)業(yè)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(guān)研究，但通過對比雙方算法評估結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，楊飛的成果顯然更符合客觀現(xiàn)實規(guī)律。這令他得到了國內(nèi)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(huán)保部環(huán)境質(zhì)量評估和風險防控有重要指導價值。

“這只是一點點創(chuàng)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(yōu)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(chuàng)新靈感火花迸發(fā)的時候，他希望自己是準備好了的那個人。

“面向國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場”

中國科學院向來倡導科學技術(shù)要面向世界科技前沿、面向國家重大需求、面向國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場。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)品在國內(nèi)民生的應(yīng)用研究。

一個明顯的例子，就是他利用遙感技術(shù)對我國森林遭受極端氣候事件干擾后的自然生態(tài)系統(tǒng)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(zāi)范圍的方式，轉(zhuǎn)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(zāi)的森林受災(zāi)范圍、受災(zāi)程度、生態(tài)恢復力、恢復時間等。

選擇生態(tài)恢復力來研究，楊飛經(jīng)過了深思熟慮。我國森林比較繁茂的地方一個是東北地區(qū)，一個是南方丘陵山區(qū)。根據(jù)近幾十年氣候變化規(guī)律分析，我國南方山區(qū)基本每10年左右就會出現(xiàn)一次比較嚴重的冰雪凍災(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(tài)復雜的時空相互作用。

“2008年的冰雪凍災(zāi)出現(xiàn)后，因為沒有完備的預警措施，對于受災(zāi)嚴重需要盡快修復的森林區(qū)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(guān)注南方森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復力遙感診斷，希望可以為防災(zāi)減災(zāi)、森林資源撫育等提供科學依據(jù)?！睏铒w介紹道。

話雖如此，要實現(xiàn)也不容易。畢竟目前對生態(tài)系統(tǒng)恢復力的研究還多停留在概念層面，其動態(tài)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(tǒng)動力學診斷和地理信息系統(tǒng)空間分析相結(jié)合。系統(tǒng)動力學可以綜合分析自然資源、社會、經(jīng)濟、管理等因素的相互作用機制和因果反饋關(guān)系；而地理信息系統(tǒng)技術(shù)具有較強的空間分析功能，可以很好地表達和模擬系統(tǒng)要素的空間狀況。如此一來，就將兩者的長處有效地結(jié)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(shù)據(jù)的精度來提升應(yīng)用研究的精度，通過應(yīng)用發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)問題改進數(shù)據(jù)精度，形成一個良性循環(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，真正地服務(wù)于國民經(jīng)濟主戰(zhàn)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(zhí)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(shù)據(jù)共享、信息共享?，F(xiàn)在，經(jīng)過一二十年不懈努力，他已經(jīng)初步建立起地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)的共享國家平臺，并仍在努力地推動著國家數(shù)據(jù)共享進展?！?/p>

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(tài)度：適度的科研較真，嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，勤奮好學的品質(zhì)，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(wù)社會。