蔣耿明：演繹現(xiàn)代“千里眼”與“順風(fēng)耳”

本刊記者 嚴(yán)永紅

《西游記》中有兩位天將——“千里眼”和“順風(fēng)耳”，這是古代人民的美好想象和希望。而在現(xiàn)代，有了科技水平的強(qiáng)大支撐，這種美好想象已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。衛(wèi)星遙感技術(shù)，就是現(xiàn)代的“千里眼”和“順風(fēng)耳”。

“‘遙感’顧名思義，就是遙遠(yuǎn)的感知，”復(fù)旦大學(xué)電磁波信息科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的蔣耿明副教授為記者做了通俗易懂的解釋，“借助于專門的探測(cè)儀器，把遙遠(yuǎn)的物體所輻射或反射的電磁波信號(hào)接收記錄下來(lái)，再經(jīng)過(guò)加工處理，變成人眼可以直接識(shí)別的圖像，揭示出所探測(cè)物體的特征、性質(zhì)及其變化規(guī)律?！?/p>

自從1972年美國(guó)第一顆地球資源技術(shù)衛(wèi)星發(fā)射成功并獲取了大量地球表面的衛(wèi)星圖像后，遙感技術(shù)就開始在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。遙感技術(shù)的出現(xiàn)揭開了人類從外層空間觀測(cè)地球的序幕，為人類認(rèn)識(shí)國(guó)土、開發(fā)資源、監(jiān)測(cè)環(huán)境、研究災(zāi)害以及分析全球氣候變化等提供了新的途徑。

自幼熱愛航天的蔣耿明，高考時(shí)選擇了被國(guó)際測(cè)繪界譽(yù)為“測(cè)繪教育之都”的武漢測(cè)繪科技大學(xué)，攻讀攝影測(cè)量與遙感專業(yè)。從此他在遙感領(lǐng)域的“取經(jīng)”逐漸深入——中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)碩士研究生，法國(guó)斯特拉斯堡第一大學(xué)遙感專業(yè)博士研究生。一路走來(lái)，談及自己多年的求學(xué)生涯和目前的工作，他坦言，本科主要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，在武漢測(cè)繪科技大學(xué)四年的學(xué)習(xí)為現(xiàn)在的工作和研究打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)；而研究生階段得益于牛錚研究員和李召良研究員兩位良師的悉心指導(dǎo)，開展創(chuàng)新性基礎(chǔ)研究，培養(yǎng)出自己獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力；進(jìn)入復(fù)旦大學(xué)工作后，繼續(xù)開展定量遙感的基礎(chǔ)理論研究，包括海表、地表和大氣參數(shù)的反演、衛(wèi)星傳感器的輻射定標(biāo)等。

求學(xué)期間，蔣耿明就榮獲了“中國(guó)科學(xué)院優(yōu)秀研究生（2001年）”，其關(guān)于MODIS數(shù)據(jù)處理的碩士學(xué)位論文被收入“全國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫(kù)”。2007年進(jìn)入復(fù)旦大學(xué)工作后，他又獲得了“復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)獎(jiǎng)（2010年）”、“第17屆中國(guó)遙感大會(huì)青年優(yōu)秀論文獎(jiǎng)（2010年）”，并主持了復(fù)旦大學(xué)青年科學(xué)基金、國(guó)家“863”計(jì)劃微波遙感技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究基金、遙感科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金、教育部歸國(guó)留學(xué)人員啟動(dòng)基金和國(guó)家自然科學(xué)基金等多項(xiàng)科研課題。

君子不言舊時(shí)功，采訪中，蔣耿明主要向記者介紹了他主持的兩項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金課題。

紅外與微波遙感一體化反演大氣溫濕廓線（2013年1月1日～2016年12月31日）

蔣耿明告訴記者，大氣溫濕廓線的空間分布及其變化規(guī)律，是全球氣候變化研究的重要內(nèi)容。相對(duì)于無(wú)線電探空，衛(wèi)星遙感反演在水平空間分辨率和時(shí)間分辨率上具有一定的優(yōu)勢(shì)，但其反演精度與垂直空間分辨率不高，難以達(dá)到世界氣象組織的要求。因此需要從衛(wèi)星傳感器波段設(shè)置和反演方法兩方面加以改進(jìn)。

紅外與微波是兩種性質(zhì)差別很大的探測(cè)波段，具有較強(qiáng)的互補(bǔ)性。紅外不能穿透云，對(duì)部分云污染也比較敏感，而微波具有相對(duì)較強(qiáng)的大氣穿透力，云對(duì)低頻微波幾乎是透明的。因此，在大氣溫濕廓線反演中，怎樣合理設(shè)置紅外和微波波段？紅外、低頻和高頻微波相結(jié)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？主要是改善底層大氣廓線還是對(duì)高層大氣廓線也有改善？面對(duì)一連串難題，蔣耿明說(shuō)：“回答這些問(wèn)題具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義”。因此，在國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助下，他開展紅外與微波遙感一體化反演大氣溫濕廓線的理論和方法研究，主要研究?jī)?nèi)容包括：一體化反演大氣溫濕廓線的最佳紅外與微波波段組合、微波海表比輻射率模擬、微波地表比輻射率反演、大氣溫濕廓線的統(tǒng)計(jì)和物理反演算法發(fā)展。該項(xiàng)目研究將從理論上定量地闡述紅外與微波一體化反演大氣溫室廓線的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展出新的大氣溫濕廓線反演算法，進(jìn)一步提高反演精度，為新一代傳感器設(shè)計(jì)以及應(yīng)用提供理論支持。

目前該課題研究剛開展一年，已經(jīng)在最佳紅外和微波波段組合、大氣溫濕廓線反演方面取得了系列成果，即將在國(guó)內(nèi)外期刊和會(huì)議上發(fā)表。

利用風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星觀測(cè)反演地球表面溫度（2010年1月1日～2012年12月31日）

在國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助下，該課題主要開展精確反演海表溫度和地表溫度的新算法研究。他向記者解釋道：“地球表面溫度包括地表溫度和海表溫度，是全球氣候變化的一個(gè)重要指標(biāo)。”目前，用戶對(duì)海表溫度和地表溫度的精度、分辨率和時(shí)效性提出了更高的要求，非常有必要發(fā)展一套新算法來(lái)滿足用戶的需求。因此，蔣耿明以我國(guó)風(fēng)云二號(hào)系列氣象衛(wèi)星為例，開展精確反演海表溫度和地表溫度的新算法研究。

針對(duì)風(fēng)云二號(hào)系列衛(wèi)星傳感器多波段和雙星立體觀測(cè)的特點(diǎn)，蔣耿明開展有針對(duì)性的多波段和多角度溫度反演新算法研究，內(nèi)容包括交叉輻射定標(biāo)、海表比輻射率模型發(fā)展、地表比輻射率反演、溫度反演算法發(fā)展、溫度反演和驗(yàn)證等。經(jīng)過(guò)三年的潛心研究，蔣耿明的課題組取得了一系列研究成果，特別是在交叉輻射定標(biāo)和溫度反演算法兩方面的研究工作非常出色，從風(fēng)云二號(hào)數(shù)據(jù)反演的海表和地表溫度相對(duì)于MODIS溫度產(chǎn)品的精度在1.0 K之內(nèi)。相關(guān)研究成果在IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters等國(guó)際期刊和IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium等國(guó)際會(huì)議上發(fā)表，獲得較好反響。

多年國(guó)內(nèi)外求學(xué)和國(guó)內(nèi)科研的經(jīng)歷，使蔣耿明感到國(guó)內(nèi)在遙感領(lǐng)域與國(guó)外的差距依然存在，主要體現(xiàn)在兩方面：傳感器的性能和應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)。不過(guò)，他同時(shí)也欣慰地告訴記者，這種差距正在迅速地縮小。除了風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星，我國(guó)還發(fā)射了海洋和陸地系列衛(wèi)星。目前，高分辨率衛(wèi)星項(xiàng)目也取得了令世界矚目的成就。越來(lái)越多遙感領(lǐng)域的頂級(jí)國(guó)際會(huì)議選擇在中國(guó)舉辦，例如：2013年4月在北京舉辦的第三十五屆國(guó)際環(huán)境遙感大會(huì)和2016年即將在北京舉行的IEEE地球科學(xué)與遙感會(huì)議（IGARSS 2016）。上述事實(shí)說(shuō)明我國(guó)的遙感技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展越來(lái)越得到國(guó)際同行的認(rèn)可。國(guó)內(nèi)遙感領(lǐng)域欣欣向榮的景象鼓舞著蔣耿明不斷地奮進(jìn)，他希望能更多地參與到國(guó)內(nèi)重大研究計(jì)劃中去，盡自己的一份力量，服務(wù)國(guó)家，實(shí)現(xiàn)自己的人生理想和價(jià)值；也寄望現(xiàn)代“千里眼”和“順風(fēng)耳”在未來(lái)帶給人類更多更大的實(shí)用價(jià)值。