和李老师说

李老师，您的学生们、您带出来的这支队伍会一如既往地不懈努力，和您一起探索科学的奥秘，求解遥感的难题，响应社会的需求。您的学术思想会吸引更多有志于此的学者和青年学生加入这个行列，创造您期望的更多辉煌，向您汇报，与您分享。

李老师，您好！

有件事情，向您请教。

最近，常常看到，您最亲近的学生们将“几何光学”和“尺度”作为集中表达您的学术贡献的关键词，虽然这两个词远远不足以呈现您的那么多成就，但是这与您近年来特别关注和倡导的“加强地理遥感尺度问题研究，提升我国遥感数据应用能力”高度相关，认识和理解这两个关键词，让更多的人一起来做好这件大事情，是您的愿望，也是学生们的责任。于是，我想和您说说我的理解，请您看看对

不对。

记得您最早和我说“尺度”，是让我查询scale或scaling的中译词，大约是将近20年前的事情。至于为什么，15年前，您曾这样写道：遥感的优势在于频繁和持久地提供地表特征的面状信息，这对于传统的以稀疏离散点为基础的对地观测手段是一场革命性的变化…… 遥感科学是在地球科学与传统物理学、现代高科技基础上发展起来的一门新兴交叉学科，有自己独特的科学问题亟待探索。对传统地学来说，遥感要求从定性到定量描述的过渡。对传统物理学来说，遥感要求在像元尺度上对局地尺度上定义的概念，总结、推导出的定律、定理的适用性进行检验和纠正，而这种纠正是与像元尺度上的地学定量描述密不可分的，无法从传统物理学中找到现成答案……早期少量有意识从尺度效应的角度考察植被光学性质的研究，可以以李小文和Strahler（1985）提出的针叶林反射的几何光学模型为例。在假定像元内处处为朗伯的条件下，Li-Strahler证明了由于地表的三维结构导致像元内亮度不均匀，从而像元作为一个整体可以是全然非朗伯的。这纠正了当时普遍流行的一个偏见，即如果像元内处处是朗伯的，像元总的性质作为一个平均，一定也是朗伯的。虽然Li-Strahler的工作获得了较高评价，但他们有意识考察尺度效应这一点并未引起足够重视……（引自“973”项目申报书）这里的第一句，已被广泛认同和引用，曾常在同行的研究报告和学生的论文中看到。而后面两段所讲的，既指出了尺度效应是遥感科学的本质问题，又概括了“几何光学”和“尺度”的渊源

关系。

您的植被冠层反射几何光学模型，最早发表于1981年（Li，1981），是针对当时基于电磁波辐射传输理论的建模主流在描述稀疏植被冠层二向反射特征的难点问题，基于几何光学原理，在遥感像元的观测尺度上，简单明晰地表述了植被冠层遥感反射信号的形成机理。写成数学式的几何光学模型，强调像元内非均一的三维结构是解释像元表面二向反射特征的主导因素，以此表达地表植被冠层的结构参量和冠层表面方向反射信号之间的关系，可以用来更准确地从遥感观测数据估算地表参量。后来逐步发展为几何光学模型系列，并成功应用于当今被广泛使用的全球地表反照率遥感产品算法（MODIS Albedo/BRDF），就是例证。所以我们可以说，遥感建模的基础研究，是提升海量遥感数据应用能力的一个源。

对这种思路的扩展，是遥感尺度效应与尺度转换。您的几何光学模型，其实就是将相对均一的端元辐射特征参量转换到像元尺度遥感信号的尺度转换模型。您常举例说明关注遥感尺度问题对于遥感科学研究的重要性，除了上面写到的三维结构像元内处处朗伯（即反射不随观察方向变化）仍然可以导致像元整体表面的非朗伯反射;另一个例子是给出了将普朗克定律用于非同温三维结构表面的尺度纠正式（Li and Strahler，1999;李小文等，2000），从而将几何光学模型的建模原理，成功应用于热红外遥感。您曾说这源于一个非常简单的道理，即像元内的三维结构是独立于光谱波段的。因此，遥感观测尺度上像元内的非均一性，是将传统物理学用于遥感建模的本质问题。发展到近期，将这作为一个要点来考虑遥感尺度转换方法，已经成为同行的共识。

研究尺度转换的另一重要价值，在于其是地理学和遥感科学面临的共同问题，而在尺度转换的基本原理和方法上，有些是相通的。面向地理学具体问题的遥感尺度转换研究，可以促进地理和遥感学者的合作，有望获得新的科学突破。如今，经过30多年的发展和数据积累，作为提升遥感数据应用能力的具体措施，您多次提出加强地理学与遥感科学的紧密结合，构想了加强地理—遥感尺度问题研究的框架（王祎婷等，2014）。并且，您还想得更远，将对尺度问题的讨论介绍并推广到遥感、地学以外更为广阔的学科领域，吸引更多的聪明才智之士参与，共同探讨从微观到宏观的多尺度视角认识自然的新思路。如此明亮，多么诱人！

李老师，您的学生们、您带出来的这支队伍会一如既往地不懈努力，和您一起探索科学的奥秘，求解遥感的难题，响应社会的需求，您的学术思想会吸引更多有志于此的学者和青年学生加入这个行列，创造您期望的更多辉煌，向您汇报，与您分享。

学生：王锦地

2015年2月

参考文献：

[1] Li， X.， 1981， An invertable coniferous canopy reflectance model. MA. Thesis， University of California， Santa Barbara.

[2] Li， X. and Strahler， A.H. 1985， Geometric-Optical modeling of a conifer forest canopy， IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing， GE-23（5）：705-721. Collected in SPIE's Milestone Series of Selected Reprints on Optical Remote Sensing Theory and Measurement， ed. J. A. Smith， pp. 88-104， SPIE Optical Engineering Press， 1997.

[3] Li， X.， Strahler， A.H.， Friedl， M.， 1999. A conceptual model for effective directional emissivity from non-isothermal Surface. IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing， 37（5）， pp： 2508-2517.

[4] 李小文，王锦地， A.H. Strahler，2000，尺度效应及几何光学模型用于尺度纠正，中国科学（E辑），30（增刊）：12-17.

[5] 王祎婷，谢东辉，李小文，2014，构造地理要素遥感趋势面的尺度转换普适性方法探讨，遥感尺度转换与尺度效应专栏，遥感学报，18（6）：1139-1146.

（作者系北京师范大学地理学与遥感科学学院教授）