来源: 发布时间:2014-03-31
本刊记者 严永红
《西游记》中有两位天将——“千里眼”和“顺风耳”,这是古代人民的美好想象和希望。而在现代,有了科技水平的强大支撑,这种美好想象已经变为现实。卫星遥感技术,就是现代的“千里眼”和“顺风耳”。
“‘遥感’顾名思义,就是遥远的感知,”复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室的蒋耿明副教授为记者做了通俗易懂的解释,“借助于专门的探测仪器,把遥远的物体所辐射或反射的电磁波信号接收记录下来,再经过加工处理,变成人眼可以直接识别的图像,揭示出所探测物体的特征、性质及其变化规律。”
自从1972年美国第一颗地球资源技术卫星发射成功并获取了大量地球表面的卫星图像后,遥感技术就开始在世界范围内迅速发展和广泛应用。遥感技术的出现揭开了人类从外层空间观测地球的序幕,为人类认识国土、开发资源、监测环境、研究灾害以及分析全球气候变化等提供了新的途径。
自幼热爱航天的蒋耿明,高考时选择了被国际测绘界誉为“测绘教育之都”的武汉测绘科技大学,攻读摄影测量与遥感专业。从此他在遥感领域的“取经”逐渐深入——中国科学院遥感应用研究所地图学与地理信息系统专业硕士研究生,法国斯特拉斯堡第一大学遥感专业博士研究生。一路走来,谈及自己多年的求学生涯和目前的工作,他坦言,本科主要学习基础知识,在武汉测绘科技大学四年的学习为现在的工作和研究打下了扎实的基础;而研究生阶段得益于牛铮研究员和李召良研究员两位良师的悉心指导,开展创新性基础研究,培养出自己独立思考和解决问题的能力;进入复旦大学工作后,继续开展定量遥感的基础理论研究,包括海表、地表和大气参数的反演、卫星传感器的辐射定标等。
求学期间,蒋耿明就荣获了“中国科学院优秀研究生(2001年)”,其关于MODIS数据处理的硕士学位论文被收入“全国优秀硕士学位论文数据库”。2007年进入复旦大学工作后,他又获得了“复旦大学信息科学与工程学院院长奖(2010年)”、“第17届中国遥感大会青年优秀论文奖(2010年)”,并主持了复旦大学青年科学基金、国家“863”计划微波遥感技术实验室研究基金、遥感科学国家重点实验室开放基金、教育部归国留学人员启动基金和国家自然科学基金等多项科研课题。
君子不言旧时功,采访中,蒋耿明主要向记者介绍了他主持的两项国家自然科学基金课题。
红外与微波遥感一体化反演大气温湿廓线(2013年1月1日~2016年12月31日)
蒋耿明告诉记者,大气温湿廓线的空间分布及其变化规律,是全球气候变化研究的重要内容。相对于无线电探空,卫星遥感反演在水平空间分辨率和时间分辨率上具有一定的优势,但其反演精度与垂直空间分辨率不高,难以达到世界气象组织的要求。因此需要从卫星传感器波段设置和反演方法两方面加以改进。
红外与微波是两种性质差别很大的探测波段,具有较强的互补性。红外不能穿透云,对部分云污染也比较敏感,而微波具有相对较强的大气穿透力,云对低频微波几乎是透明的。因此,在大气温湿廓线反演中,怎样合理设置红外和微波波段?红外、低频和高频微波相结合是否能改善反演精度和垂直分辨率?在多大程度上有改善?主要是改善底层大气廓线还是对高层大气廓线也有改善?面对一连串难题,蒋耿明说:“回答这些问题具有重要的理论和现实意义”。因此,在国家自然科学基金委的资助下,他开展红外与微波遥感一体化反演大气温湿廓线的理论和方法研究,主要研究内容包括:一体化反演大气温湿廓线的最佳红外与微波波段组合、微波海表比辐射率模拟、微波地表比辐射率反演、大气温湿廓线的统计和物理反演算法发展。该项目研究将从理论上定量地阐述红外与微波一体化反演大气温室廓线的优势,发展出新的大气温湿廓线反演算法,进一步提高反演精度,为新一代传感器设计以及应用提供理论支持。
目前该课题研究刚开展一年,已经在最佳红外和微波波段组合、大气温湿廓线反演方面取得了系列成果,即将在国内外期刊和会议上发表。
利用风云二号卫星观测反演地球表面温度(2010年1月1日~2012年12月31日)
在国家自然科学基金委的资助下,该课题主要开展精确反演海表温度和地表温度的新算法研究。他向记者解释道:“地球表面温度包括地表温度和海表温度,是全球气候变化的一个重要指标。”目前,用户对海表温度和地表温度的精度、分辨率和时效性提出了更高的要求,非常有必要发展一套新算法来满足用户的需求。因此,蒋耿明以我国风云二号系列气象卫星为例,开展精确反演海表温度和地表温度的新算法研究。
针对风云二号系列卫星传感器多波段和双星立体观测的特点,蒋耿明开展有针对性的多波段和多角度温度反演新算法研究,内容包括交叉辐射定标、海表比辐射率模型发展、地表比辐射率反演、温度反演算法发展、温度反演和验证等。经过三年的潜心研究,蒋耿明的课题组取得了一系列研究成果,特别是在交叉辐射定标和温度反演算法两方面的研究工作非常出色,从风云二号数据反演的海表和地表温度相对于MODIS温度产品的精度在1.0 K之内。相关研究成果在IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters等国际期刊和IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium等国际会议上发表,获得较好反响。
多年国内外求学和国内科研的经历,使蒋耿明感到国内在遥感领域与国外的差距依然存在,主要体现在两方面:传感器的性能和应用产品的研发。不过,他同时也欣慰地告诉记者,这种差距正在迅速地缩小。除了风云系列气象卫星,我国还发射了海洋和陆地系列卫星。目前,高分辨率卫星项目也取得了令世界瞩目的成就。越来越多遥感领域的顶级国际会议选择在中国举办,例如:2013年4月在北京举办的第三十五届国际环境遥感大会和2016年即将在北京举行的IEEE地球科学与遥感会议(IGARSS 2016)。上述事实说明我国的遥感技术与应用发展越来越得到国际同行的认可。国内遥感领域欣欣向荣的景象鼓舞着蒋耿明不断地奋进,他希望能更多地参与到国内重大研究计划中去,尽自己的一份力量,服务国家,实现自己的人生理想和价值;也寄望现代“千里眼”和“顺风耳”在未来带给人类更多更大的实用价值。