毛克彪：基于大數(shù)據(jù)和萬(wàn)有引力空間氣候變化模型研究開拓者

　　毛克彪，博士，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所研究員（青年一級(jí)人才），湖南科技大學(xué)兼職教授，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)客座教授。主持或作為核心成員參與各類國(guó)家重大、重點(diǎn)等科研項(xiàng)目近20項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外期刊和國(guó)際會(huì)議發(fā)表論文100余篇，專著1部，獲得國(guó)家發(fā)明專利6項(xiàng)，國(guó)際發(fā)明專利3項(xiàng)。2016年5月被授予“全國(guó)優(yōu)秀科技工作者”稱號(hào)。研究成果被相關(guān)部門采納，并參與獲得2項(xiàng)國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2項(xiàng)北京市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。毛克彪是一位在學(xué)術(shù)界研究思維非?；钴S的學(xué)者，在遙感和計(jì)算機(jī)等七個(gè)專業(yè)學(xué)習(xí)過，研究思路開闊，不拘一格。

　　近年來(lái)，毛克彪研究當(dāng)前氣候變化預(yù)測(cè)存在的問題，提出了建立基于大數(shù)據(jù)和萬(wàn)有引力空間氣候變化模型思想。他認(rèn)為地球每天的天氣變化是由于各個(gè)星體軌道變化導(dǎo)致地球的引力場(chǎng)和磁場(chǎng)每時(shí)每刻都在變化，高速自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的地球每時(shí)每刻都在做自我調(diào)整從而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，從而引起地球系統(tǒng)每天水循環(huán)（包括大氣水汽、降雨和洋流）和地球內(nèi)部（巖漿）等變化，形成了每天不一樣的天氣，氣候周期變化是由于各個(gè)星體都在做周期運(yùn)動(dòng)。太陽(yáng)和其它星體也是在運(yùn)動(dòng)的過程中由于各星體引力和磁場(chǎng)大小及方向變化做即時(shí)自我調(diào)整，比如太陽(yáng)每天的輻射變化和黑子周期的變化與地球的每天天氣和氣候變化是相似的，引力大小和方向變化控制太陽(yáng)的輻射變化。地球每天的天氣（氣象）和長(zhǎng)時(shí)間的氣候變化都是一種天文現(xiàn)象，極端天氣是由對(duì)地球作用的天體引力方向突然改變引起的。人類在地球系統(tǒng)內(nèi)部的作用是非常小的，特別是人類排放產(chǎn)生的二氧化碳對(duì)氣候變化影響非常小，只是一個(gè)微調(diào)作用。他提出以大數(shù)據(jù)思維建立終極氣候變化模型：以開普勒三定律和萬(wàn)有引力定律為基礎(chǔ)，建立一個(gè)以太陽(yáng)或者銀河系為中心的引力和磁場(chǎng)變化模型，模擬在行星運(yùn)動(dòng)過程中，磁場(chǎng)和引力方向變化以及太陽(yáng)輻射變化怎樣驅(qū)動(dòng)地球大氣水汽（云）、洋流運(yùn)動(dòng)和巖漿運(yùn)動(dòng)等、從而引起每天不同的天氣變化，特別是模擬引力場(chǎng)和磁場(chǎng)方向突變引起地震和火山噴發(fā)，從而更加準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)重大自然災(zāi)害。由于星體運(yùn)行周期長(zhǎng)，人類缺乏觀測(cè)數(shù)據(jù)和觀測(cè)技術(shù)，可以利用地球極端氣候周期變化反推天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律和發(fā)現(xiàn)新的天體，用大數(shù)據(jù)思維建立復(fù)雜氣候變化模型是未來(lái)氣候變化研究的趨勢(shì)。

　　溫度和水分是農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境中監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)，也是表征地球各圈層（巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈）之間能量傳輸?shù)囊粋€(gè)重要的物理量，地面溫度和水分（包括地表和近地表）是研究地表和大氣之間物質(zhì)和能量交換、全球海洋環(huán)流、氣候變化異常等方面不可或缺的重要參數(shù)，涉及眾多基礎(chǔ)學(xué)科和重大應(yīng)用領(lǐng)域。毛克彪從事水熱參數(shù)遙感反演近20年，主要取得了以下四方面的成果：（1）通過利用同極化不同頻率微波指數(shù)克服粗糙度的影響，建立了標(biāo)準(zhǔn)極化微波指數(shù)模型，提高了土壤水分反演精度；發(fā)明了一套利用GPS地面反射信號(hào)估算土壤水分的儀器和方法，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)地面高空估算大面積土壤水分微波儀器的空白；提出利用卡曼濾波迭代優(yōu)化方法估算窄波段、寬波段發(fā)射率及大氣水汽含量，提高了反演精度；（2）首次提出利用先驗(yàn)知識(shí)和人工智能方法直接從遙感數(shù)據(jù)大面積估算近地表空氣溫度反演方法，提高了空氣溫度反演的精度和時(shí)效性；（3）在晴空條件下，通過利用近紅外波段估算大氣水汽含量，克服了以往算法需要從氣象站點(diǎn)獲得水汽的困難，提出了地表溫度和發(fā)射率分步反演的新劈窗算法，簡(jiǎn)化了反演過程，提高了反演精度；針對(duì)多熱紅外波段數(shù)據(jù)，通過建立鄰近波段發(fā)射率之間的關(guān)系，克服方程不足的困難，提出了同時(shí)反演地表溫度和發(fā)射率的多波段反演算法，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，大大提高了反演精度和算法適用性；（4）提出了全天候的被動(dòng)微波數(shù)據(jù)的地表溫度反演方法，解決了有云情況下熱紅外無(wú)法準(zhǔn)確反演地表溫度的難題。10余個(gè)水熱參數(shù)遙感反演算法分別發(fā)表在國(guó)際IEEE和JGR等刊物上，反演精度得到國(guó)際同行認(rèn)可。

　　研究成果發(fā)表在國(guó)內(nèi)外刊物上，并分別獲得國(guó)家和國(guó)際發(fā)明專利，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界有較大影響，特別是在2008年中國(guó)南方大雪冰凍災(zāi)害監(jiān)測(cè)中，由于雪情復(fù)雜導(dǎo)致常規(guī)監(jiān)測(cè)算法失效。在國(guó)內(nèi)各個(gè)國(guó)家自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)中心無(wú)法獲得地面雪災(zāi)信息情況下，毛克彪綜合利用自己提出的算法作出的災(zāi)情圖件提交到了國(guó)務(wù)院和農(nóng)業(yè)部等相關(guān)部門，為遙感界爭(zhēng)得了榮譽(yù)，凸顯了遙感在大尺度災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的作用。在出版一部專著后，李小文院士再次推薦他為研究生寫一本參考教材，并再次肯定研究成果在國(guó)家重大自然災(zāi)害中的應(yīng)用貢獻(xiàn)。上述主要研究成果被中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站采納并作為業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)算法，在國(guó)家重大自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重大作用，參與成功申報(bào)2項(xiàng)國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2項(xiàng)北京市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。（楊建）