慎思笃行创新路心系民众爱国情

运怡冰

在2016年5月30日召开的全国科技创新大会上，习近平总书记发表重要讲话强调，在我国发展新的历史起点上，把科技创新摆在更加重要位置，吹响建设世界科技强国的号角……实现“两个一百年”奋斗目标，实现中华民族伟大复兴的中国梦，必须坚持走中国特色自主创新道路，加快各领域科技创新，掌握全球科技竞争先机。这是我们提出建设世界科技强国的出发点。

那么，想要真正实现各个领域的创新，就必须明确每个领域需要解决的问题是什么，面对的未来是怎样的。就如同在气候预测领域，气候干旱主要应该依据哪些参数？地面信息如何获取？当前气候变化预测模型还需要哪些改进？地球每天的天气变化是由什么引起的？……这些问题也许对一般人来说是非常遥远的问题，然而，对于中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员毛克彪来说，却是每天要面对并且在努力探索解决的问题。

慎思笃行，一路创新

1977年出生的毛克彪，目前是中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员（优秀青年一级人才），湖南科技大学兼职教授，安徽农业大学客座教授。主持或作为核心成员参与各类国家重大、重点等科研项目近20项。在国内外期刊和国际会议发表论文100余篇，专著1部，获得国家发明专利6项，国际发明专利3项。他是一位在学术界研究思维非常活跃的学者，在遥感和计算机等七个专业学习过，研究思路开阔，不拘一格，始终心系祖国山川河流，心系民众，为国家重大自然灾害监测做出了突出贡献。

一直以来，温度和水分都被认为是农业资源与环境监测的重要参数，也是表征地球各圈层（岩石圈、水圈、大气圈和生物圈）之间能量传输的一个重要的物理量，地面温度和水分（包括地表和近地表）是研究地表和大气之间物质和能量交换、全球海洋环流、气候变化异常等方面不可或缺的重要参数，涉及众多基础学科和重大应用领域。为了能够更加深入了解其中的奥秘，毛克彪在水热参数遥感反演领域兢兢业业潜心科研近20年，取得了令人瞩目的成绩。

据了解，土壤水分不仅是干旱监测中非常重要的参数，而且其变化影响热辐射和发射率变化，从而影响地表温度的反演精度。以前人们通过同一个频率不同极化建立微波指数与土壤水分建立统计关系计算土壤水分，同频率不同极化的微波指数受土壤粗糙度的影响很大。毛克彪通过研究发现，不同频率V极化的微波指数能较好地消除粗糙度的影响，从而提出并建立了新的不同频率同极化标准化微波指数模型，在此基础上建立了被动微波土壤水分反演方法。

该方法通过比值法克服了以往需要同步获得大尺度地表温度的困难，且分析表明通过标准化发射率指数和标准化微波指数建立土壤水分反演方法精度较高，反演误差降低了10%，得到国际同行认可。为了进一步验证和提高土壤水分反演算法精度和实用性，他还发明了一套利用GPS地面反射信号反演土壤水分的装置和方法，估算误差为0.02m/3m3，该装置和方法通过在地面一定高度架设信号接收器接受GPS地面反射信号，通过建立模型获得土壤水分与反射信号的关系全天候获得土壤水分参数，填补了国内在地面一定高度获得大面积土壤水分参数仪器的空白，解决了星上土壤水分验证时地面点观测难以匹配且缺乏代表性的难题，获得了国家发明专利授权，被“草原植被及其水热生态条件遥感监测理论方法与应用”项目采纳，并在国家呼伦贝尔草原生态站得到了应用，为草原生态监测提供了强大的技术支持。

随后，毛克彪带领课题组成员进行了更加深入的研究，并先后在国内提出利用卡曼滤波迭代优化方法估算窄波段、宽波段发射率及大气水汽含量，提高了反演精度；首次提出利用先验知识和人工智能方法直接从遥感数据大面积估算近地表空气温度反演方法，提高了空气温度反演的精度和时效性；在晴空条件下，通过利用近红外波段估算大气水汽含量，克服了以往算法需要从气象站点获得水汽的困难，提出了地表温度和发射率分步反演的新劈窗算法，简化了反演过程，提高了反演精度；针对多热红外波段数据，通过建立邻近波段发射率之间的关系，克服方程不足的困难，提出了同时反演地表温度和发射率的多波段反演算法，并利用神经网络进行优化计算，大大提高了反演精度和算法适用性；提出了全天候的被动微波数据的地表温度反演方法，解决了有云情况下热红外无法准确反演地表温度的难题。10余个水热参数遥感反演算法分别发表在国际IEEE和JGR等刊物上，反演精度得到国际同行认可的同时，也让自己的个人价值得到无限放大。

心系大众，揭秘极端天气

我们知道，对于受制于自然环境的农业生产，极端天气的影响几乎是不可避免的。作为农业大国的中国，及时预测极端天气，让农民、农业的损失降到最低也成为近年来农业科研工作者关注的问题。为此毛克彪对当前气候变化预测模型存在的问题进行了研究，并提出了建立基于大数据和万有引力空间气候变化模型思想。

毛克彪认为，地球每天的天气变化是由于各个星体轨道变化导致地球的引力场和磁场每时每刻都在变化，高速自转和公转的地球每时每刻都在做自我调整从而达到动态平衡，从而引起地球系统每天水循环（包括大气水汽、降雨和洋流）和地球内部（岩浆）等变化，形成了每天不一样的天气，气候周期变化是由于各个星体都在做周期运动。太阳和其他星体也是在运动的过程中由于各星体引力和磁场大小及方向变化做即时自我调整，如太阳每天的辐射变化和黑子周期的变化与地球的每天天气和气候变化是相似的，引力大小和方向变化控制太阳的辐射变化。地球每天的天气（气象）和长时间的气候变化都是一种天文现象，极端天气是由对地球作用的天体引力方向突然改变引起的。人类在地球系统内部的作用是非常小的，特别是人类排放产生的二氧化碳对气候变化影响非常小，只是一个微调或者扰动作用。他提出以大数据思维建立终极气候变化模型：以开普勒三定律和万有引力定律为基础，建立一个以太阳或者银河系为中心的引力和磁场变化模型，模拟在行星运动过程中，磁场和引力方向变化以及太阳辐射变化怎样驱动地球大气水汽（云）、洋流运动和岩浆运动等，从而引起每天不同的天气变化，特别是模拟引力场和磁场方向突变引起地震和火山喷发，从而更加准确地预报重大自然灾害，并进一步研究生态系统变化。磁场和引力的变化会影响所有的物质（包括生物），因此地球上的每个物种的出现和消失在某种程度也是由星体引力和磁场变化及周期决定。由于星体运行周期长，人类缺乏观测数据和观测技术，可以利用地球极端气候周期变化反推天体运动规律和发现新的天体，用大数据思维建立复杂气候变化模型是未来气候变化研究的趋势。

在2008年中国南方大雪冰冻灾害监测中，由于雪情复杂导致常规监测算法失效。在国内各个国家自然灾害监测中心无法获得地面雪灾信息情况下，毛克彪应李小文院士的邀请参加冰雪灾害监测工作。毛克彪综合利用自己提出的算法作出的灾情图件提交到了国务院和农业部等相关部门，得到了国家遥感中心领导和李小文院士的高度赞扬，为遥感界争得了荣誉，为救灾提供了有力的支撑信息，凸显了遥感在大尺度灾害监测中的作用。这一研究成果还被中国农业科学院农业部重点实验室和呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站采纳并作为业务监测算法，在国家重大自然灾害监测中发挥了重大作用。

当然，在极端天气预测方面，毛克彪认为除了加强遥感参数研究，还要发射其他遥感卫星监测地球和观测太空中其他星星以及其他星云位置的引力场和磁场的变化，从而分析监测和预测地球极端气候变化事件。另外，由于目前人类的观测技术受到限制，还可以通过地面极端气候和地震等异常来反推天体的运行等规律，从而发现新的天体及其运行规律。地球气温变化幅度主要是由地球在整个宇宙系统里所处的大周期或者运行轨道位置所决定。

毛克彪预测，在未来的几年里，农业气象灾害可能会越来越多，农作物产量也会越来越不稳定。对此，他除了提供技术支撑，更好地进行提前预测，他还提出了诸多粮食、蔬菜储备的建议，以及走产学研结合的方式，提高农业现代化建设，提高抵御极端天气的能力，从而减少农业损失。

科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。毛克彪的创新研究成果已经在国内外学术界产生较大影响，我们有理由相信，有更多像他一样充满智慧的华夏儿女，将用更多的创新科技以一种不可逆转、不可抗拒的力量推动着人类社会向前发展！