——记中国科学院遥感与数字地球研究所李晓明研究员

本刊记者  宋 洁

海洋,占全球总面积的71%之多，不仅蕴藏着丰富的资源，是人类生存与发展的“第二空间”，而且在整个地球系统中扮演中重要的角色。长期以来，人类对于海洋的探索从未停止，对其的了解也在逐步加深，但相较于对陆地的认知，却仍然处于“初级阶段”。而对我国来说，加强对海洋环境的监测与保护和海洋资源的开发与利用，是实现我国国民经济可持续发展战略的重要保证。中国科学院遥感与数字地球研究所研究员李晓明，也肩负着这样的使命感，他以卫星海洋遥感为手段，循着大海的足迹，踏上了“探测者”的征程。

走上海洋遥感之路

对海洋认知来说，观测是一种极为重要的手段，从原始的肉眼观测到如今的智能化浮标、水下滑翔机、自动观测站、岸基雷达和卫星遥感等，人类对于海洋的观测正在逐步实现立体化，这是使得海洋“透明化”的关键之举。在诸多观测手段中，卫星遥感发挥着举足轻重的作用。

卫星海洋遥感根据其所携带的传感器不同，一般分为微波和光学两大类。微波可以穿透云层，且不受光照条件影响，因此可以实现对海洋的全天候、全天时的观测。相对于其它主动微波遥感传感器，星载合成孔径雷达具有高空间分辨率的突出优势，这就决定了利用它可以实现对海洋的宏观和微观观测，用科学的语言讲就是可以研究不同空间尺度的海洋动力过程。

“我目前的研究重点主要是在卫星微波海洋遥感方向上，更具体的讲就是利用星载合成孔径雷达开展对海洋的观测和研究。合成孔径雷达海洋遥感可以说是卫星海洋遥感领域最具有挑战性的研究方向，即便经过近半个世纪的发展，仍然有诸多尚未解决的科学问题。这也是十几年来它一直吸引我不断钻研的动力。”提到卫星微波海洋遥感，李晓明仿佛一下打开了话匣子。“简而言之，一方面我希望通过雷达数据获取海洋的动力学要素，比如海面风场、海浪等，另一方面是希望通过雷达观测更深入地认知海洋的动力过程，就是关于海洋是如何运动及变化的。”

2002年，李晓明考入中国海洋大学海洋遥感教育部重点实验室，师从我国卫星海洋遥感事业开拓者之一的贺明霞教授。然而，在星载合成孔径雷达海洋遥感这扇新的大门前，他却迟迟没能叩门而入。初遇挫折也深深困扰着李晓明，直到2004年冬天才出现转机。那时，贺明霞教授与德国有一些科研合作项目，李晓明随同前往德国汉堡大学开展合作研究。短短两个月，李晓明收获颇丰，对德国的科研和生活环境也留下了良好的印象，在他心中渐渐萌发出出国留学的念头，但缺少的只是一个机会。幸运的是，2006年德国空间宇航中心(DLR)的Susanne Lehner博士同意接收李晓明作为博士研究生，而且研究课题和他前期所做的研究也有很强的关联性，这给了李晓明很大的信心与鼓励。

2006年6月，李晓明便开始了在德国接近八年的学习和工作。初到异国他乡的李晓明少了些许浮躁的心情，很快便融入到了Lehner博士团队的科研中，也取得了高效成果。德国规定只有高等院校才有授予博士学位的资格，因此，在Lehner博士的帮助下，德国汉堡大学教授、马普气象研究所前任所长Hartmut Grassl教授担任李晓明的合作导师。虽然李晓明和Grassl教授接触不多，但在最后论文撰写阶段，他给了李晓明相当多的建议，并对博士论文进行逐字、逐行修改。2010年1月，李晓明在德国汉堡大学完成了博士论文答辩，获得了理学博士学位。

“德国传统的博士阶段教育让我受益匪浅，这种师徒制、一对一的、相互间互动非常频繁的交流模式带给我不知疲倦的乐趣，我还有幸参加了各类卫星遥感领域的学术研讨会。可以说，在德国读博士的那几年，让我的科学眼界有了一个跨越性的提高。”李晓明说道。

小雷达探测出海洋大世界

在德国学习与工作期间，李晓明参与了德国联邦教育和研究部、德国联邦经济与科技部、欧洲空间局、欧盟FP7的多项科研项目，在星载合成孔径雷达海浪与海面风场遥感取得了突出的科研成果。

星载SAR海浪反演是SAR海洋遥感研究起步最早也是最基础的研究内容之一。多年来，国内外几代科学家都曾致力于理解SAR海浪成像机理并建立相应的反演模式，希望利用高空间分辨率的星载合成孔径雷达获取海浪二维方向谱和海浪参数。但由于非线性反演需要外界提供第一猜测谱信息，因此在一定程度上阻碍了SAR波模式数据作为独立的观测源应用于全球海浪遥感研究。针对这一技术性瓶颈问题，李晓明建立了参数化模型CWAVE_ENV。通过实验，该模型在不需要第一猜测谱的情况下，不仅可以在中低海况准确地反演获取海浪要素，在高海况，甚至极端海况条件下都能够得到较为理想的反演结果。

Terra SAR-X、TanDEM-X和Cosmo-Sky Med等米级空间分辨率X波段星载合成孔径雷达在2007年相继发射，并提供了一系列高质量的卫星数据。相较于传统星载SAR来说，米级分辨率SAR的出现，可以说为星载SAR的海洋遥感研究打开了一扇新的“窗户”。由于诸多星载SAR海洋动力研究都是依赖于准确可靠的海面风场反演，因此，实现X波段星载SAR的海面风场反演成为李晓明着重考虑的问题。有困难就会有对策，针对此问题，李晓明建立了X波段星载SAR海面风场非线性反演地球物理模式函数，科学地解决了利用高分辨率X波段星载SAR反演高精度海面风场的难题。值得一提的是，李晓明建立的X波段星载合成孔径雷达海面风场反演的非线性地球物理模式函数及相应的反演流程，已在DLR地面卫星接收站用于业务化运行，为星载合成孔径雷达海洋观测业务化应用做出了重要的贡献。

在国外多年，李晓明得到了极大的锻炼，经过几年的奋斗，他在工作、生活方面都已经非常稳定。但在风平浪静的背后，总要有些许挑战人生才会更加完整。2013年，李晓明在北京参加第35届国际环境遥感大会期间，萌生了回国的想法。“我当时内心最真实的想法就是能够为我们国家、为我们的民族做出一点贡献，这是我应尽的义务。哪怕回国后只是做一点微不足道的工作，也只求踏踏实实，无愧于内心。”李晓明表示。尽管DLR遥感技术研究所所长Richard Bamler教授和Lehner博士提出了提供永久职位这样具有相当吸引力的条件，但他最终还是选择了回国。

“回国后，我也没有任何不适应。我一直认为如果你把所经历的都看作困难，你肯定会不适应，但搞科研就是要全身心投入；虽然有一些情况你可能知之甚少，但只要肯多加了解，因地制宜，情况总会变好的。”李晓明谈到回国后的情况时说道。

回国后的工作和生活可谓是开启了李晓明的新篇章。近年来，在利用新的星载合成孔径雷达技术观测海洋应用方面处于快速发展的状态，在中科院“百人计划”支持下，李晓明带领课题组围绕星载合成孔径雷达海洋遥感开展了系列研究，坚持核心研究方向，持久性地对反演的机理与方法进行研究，但又不仅仅局限于反演，亦开展了海洋多尺度动力过程研究，做出了一些具有创新性的研究成果，获得了国内外同行的认可。在2015年他还同时获得国家自然科学基金青年基金和面上项目的资助。

“当我在国际高水平学术研讨会上做报告时，又或者在国际高水平杂志上发表科技论文时，能够署名‘中国’两个字，那种自豪感是任何都无法替代的。那一刻我感到所有的困难和艰辛在取得的成果面前都已经微不足道，这更是一直支持我、激励我前进的动力。”李晓明也正是抱着这种想法用小小的雷达观测出海洋的大世界。

教书育人，铿锵前行

科研不是一蹴而就，攻克也需要时间的见证，如同教学，两者都会相得益彰。李晓明自回国后，基本上全部的精力都投入到科研、团队建设和研究生培养工作。研究生培养是他极为看重的一个方面，他认为任何科研事业都需要后继有人，下一代的学生就是我们国家未来科研事业的基石。从本科生到研究生是一个非常大的跨越，而硕士研究生的培养又不同于博士研究生。他以“铁杵磨成针”的精神从点点滴滴积累，一步步做起，为学生科学素养的培养煞费苦心。“因为我自己体验过国内外科研教育的不同，即便我在研究生培养过程中尽可能的采用一些国外研究生培养的方式，但是很多内涵是可意会而不可言传的，需要学生亲自设身处地地去了解、去感受。所以，我非常支持我的研究生毕业后去国外深造，也会帮学生联系国外读博士的导师，希望他们能够有机会去体验发达国家科研的内涵，将来回国为祖国的科研事业做出贡献。”李晓明在谈到如何看待研究生毕业后出国的问题上讲道。“我想，我们的创新应该建立在长时间踏踏实实的研究基础上，而不是一心想着为创新而创新。在科学研究问题上，基础没打好，细节没做好，就一门心思去考虑创新，在我看来是不现实的。”在谈及研究生们常常困惑于何为“学术创新”的问题上，李晓明也谈到了自己的感想。

在谈及下一步的计划，李晓明说，我们团队现在的科研聚焦点转到了南海。目前中国科学院遥感与数字地球研究所设有3个卫星地面接收站，其中一个设在三亚。建设三亚站的目的就是实现覆盖我国南海和东南亚地区的遥感卫星数据接收。在此基础上，中科院遥感所成立了海南省地区观测重点实验室，实验室一个战略研究方向就是致力于南海的海洋遥感研究。李晓明目前在研的海南省自然科学基金创新团队项目就是关于南海内波遥感研究。“内波是一种非常重要的海洋学的现象，在南海发生频率非常高，对我国水下潜器的航行安全影响很大，我主要是想对南海西北部尤其对海南到越南之间的内波发生规律和机制进行深入探索，这一区域的内波研究前期涉及的较少。”李晓明解释道。

有了理论与基础，不进行实践只能是纸上谈兵。除了基础研究，中国科学院遥感与数字地球研究所在另一方面主要侧重技术应用。“我们希望加强对南海的管控和资源的开发利用，为此我们和海南大学、中国电子科技集团、海洋信息研究院等合作申请研究项目，通过遥感的新技术、新方式去研究获取南海的海洋环境和岛礁的信息，为我们了解南海、利用南海以及掌控南海都提供了重要依据和科学上的支撑。”“但是，我们发现虽然经过这么多年的发展，相对于南海的广阔和瞬息万变，我们对南海卫星遥感数据的获取能力仍然较低，无法满足需求。”因此，作为首席科学家，李晓明最近又投入到海南系列卫星计划的研究中。“我们希望通过发射系列低纬度系列小卫星，其中也包括星载合成孔径雷达，实现对南海卫星观测的高频次、大面积覆盖，获取更丰富的卫星观测资料。这是我们未来完全掌控南海的基础！”谈到这个卫星计划时，李晓明激动地说道。

“实事求是地讲，通过这些年在国外的求学和工作，我知道我们国家的卫星海洋遥感研究距离国际顶尖水平仍有较大差距。但是，正是意识到这种差距，才激励着我不断地前行。”李晓明没有忘记过去，也在展望未来。今后，他依然会脚踏实地地走下去，这是他的坚持，更是他的坚守。