杨飞：心向服务做科研

本刊记者 刘 贺

杨飞：心向服务做科研

本刊记者 刘 贺

在野外考察

科研工作者想获得第一手的研究数据就必须要深入实践。野外实地采样不仅耗费物力财力，可能还存在众多不确定的风险威胁。所幸在信息科技迅速发展时代，通过传感器对千里之外的物体进行拍摄所得电磁波的信息来分析与应用的一种技术——遥感，就能实现科研工作者对研究对象的数据信息进行快速、大面积、全面地接收、处理。

“运筹帷幄之中，决胜千里之外”。遥感技术就像是一个“神器”，给农业、林业、国土、海洋、环保等领域以“加持”，使它们在高新技术大升级的时代中演绎出新一轮的精彩。中国科学院地理科学与资源研究所副研究员杨飞的工作，就是在淬炼这一“神器”，希望能够通过自己的努力，使遥感地学数据质量评价更好地服务于国民经济主战场。

小荷才露尖尖角

20世纪，人类的一大进步就是实现了太空对地观测。尤其是进入21世纪之后，高光谱遥感集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体，能够实现地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，前景十分广阔。

这对求知于地理学的杨飞来说，足以挑起他的好奇心。2004年起，杨飞考入中国科学院东北地理与农业生态研究所硕博连读。这期间，他在高光谱遥感上得到了进一步积累，其博士论文的主要内容，就是充分利用高光谱信息来研究农作物关键参数的反演。

为何要反演？杨飞博士解释，太阳辐射照射农作物冠层后会被反射，且不同光谱波段的反射作用差异显著。“我们可以通过遥感获取作物冠层对各光谱波段的反射率，并利用这个反射率数据，根据物理或经验等模型算法反推估算农作物（或其它植被）的关键参数。”

他发现，整个反推过程会受到很多因素的影响，有用的信息越多，把其他干扰因素排除掉的可能性就越大，反演的结果才会越准确。牛刀小试，杨飞扎下了一定的基础。到中国科学院地理科学与资源研究所开展博士后期间，他连续申请了中国博士后基金面上资助和特别资助两个基金，科研热情高涨。

模型反演过程中，如何在保证精度的同时又减少计算量？这需要科学地确定反演算法中代价函数个数和波段选择。杨飞深知精度的重要性，也明白反演精度常常会受到干扰，比如我国华北东北农业种植区的居民地比较分散，在进行作物参数遥感反演时，应该排除零星散布的居民地等影响。杨飞此时要做的，就是对作物冠层参数遥感反演的最佳波段组合、代价函数个数选取、参数反演产品精度验证与关键影响因素干扰评估等开展工作。

一个环保性公益性课题提出，要利用遥感技术研究分析全国主要农业面源污染的潜在风险。根据课题需求，这项工作得在全国范围内展开，也就需要应用公里格网数据处理技术进行评估。这是目前较为先进和成熟的数据分布技术，但由于“布网”较大，也容易产生较大的误差风险。

杨飞没有顾虑太多，而是沉下心来认真整理、分析、验证数据，并推陈出新提出新的评估算法。他认为，除了应该准确评估污染物来源之外，也应考虑污染物运移传输规律，进而提出一种新的农业面源污染潜力评价指数T-APPI。该指数综合了气候、陆表过程、污染源等多种数据源和影响因素，首次在公里格网尺度上准确评价了全国主要农业面源污染潜力并进行了精度验证。

当时，也有国外科研人员在做相关研究，但通过对比双方算法评估结果后发现，杨飞的成果显然更符合客观现实规律。这令他得到了国内外审稿专家和项目评审专家的高度肯定，其成果被认为对环保部环境质量评估和风险防控有重要指导价值。

“这只是一点点创新”，杨飞说。他非常清楚，这只是他科研道路上的一小步，当下优秀的年轻人非常多，他更需要长期的积累和努力。细火慢工，他会更加注重修身，充分利用时间多看文献、多试验、多思考。当创新灵感火花迸发的时候，他希望自己是准备好了的那个人。

“面向国民经济主战场”

中国科学院向来倡导科学技术要面向世界科技前沿、面向国家重大需求、面向国民经济主战场。耳濡目染之下，杨飞也十分看重遥感技术及其数据产品在国内民生的应用研究。

一个明显的例子，就是他利用遥感技术对我国森林遭受极端气候事件干扰后的自然生态系统恢复力诊断展开研究。期间，他摒弃了之前只用一个阈值就武断确定受灾范围的方式，转而对海拔、坡度坡向、植被类型差异等因素综合考量，最终精准确认了2008年冰雪冻灾的森林受灾范围、受灾程度、生态恢复力、恢复时间等。

选择生态恢复力来研究，杨飞经过了深思熟虑。我国森林比较繁茂的地方一个是东北地区，一个是南方丘陵山区。根据近几十年气候变化规律分析，我国南方山区基本每10年左右就会出现一次比较严重的冰雪冻灾现象。在受到这种极端气候干扰后，森林生态系统可能恢复成原本的平衡状态，也可能转变为草地生态系统或者裸地，走向另一种新的平衡状态。影响这种恢复力的因素有很多，包括自然因素中的温度、降水、土壤、树种类型等，以及人类活动影响等，而且这些影响因素之间存在着动态复杂的时空相互作用。

“2008年的冰雪冻灾出现后，因为没有完备的预警措施，对于受灾严重需要尽快修复的森林区域没有及时地认知和准确地判断，使得国家森林资源遭受严重的损失。所以我们当时就想更多关注南方森林生态系统的恢复力遥感诊断，希望可以为防灾减灾、森林资源抚育等提供科学依据。”杨飞介绍道。

话虽如此，要实现也不容易。毕竟目前对生态系统恢复力的研究还多停留在概念层面，其动态定量化分析仍在逐步探索过程中。鉴于此，杨飞提出了一种新的思路——将系统动力学诊断和地理信息系统空间分析相结合。系统动力学可以综合分析自然资源、社会、经济、管理等因素的相互作用机制和因果反馈关系；而地理信息系统技术具有较强的空间分析功能，可以很好地表达和模拟系统要素的空间状况。如此一来，就将两者的长处有效地结合到了一起。

当然，对精度的追求一直贯穿在杨飞的研究过程中。他希望通过提高遥感数据的精度来提升应用研究的精度，通过应用发现数据问题改进数据精度，形成一个良性循环，使科研数据和遥感研究成果能够真正地应用起来，真正地服务于国民经济主战场，为人民谋福利。

一路走来，杨飞在成长，也对影响自己良深的人心怀感恩，其中一位就是德高望重的孙九林院士。“他坚信‘活到老，学到老’，哪怕到了耄耋之年，于科研仍有一股不怕困难、坚韧执着的劲头，只要认定有意义、有价值的事情一定会认真努力地去做。他乐于和大家分享科研成果，也鼓励科研人员进行数据共享、信息共享。现在，经过一二十年不懈努力，他已经初步建立起地球系统科学数据的共享国家平台，并仍在努力地推动着国家数据共享进展。”

榜样们的事迹，杨飞津津乐道。一直以来，他以他们自勉，逐渐形成了自己的科研态度：适度的科研较真，严谨的工作态度，勤奋好学的品质，有助于科研工作百尺竿头更进一步，有助于科研成果更好地服务社会。