精品报告|针对MODIS地表温度反演算法研究

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作者简介

毛克彪，博士，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员（优秀青年一级人才），湖南科技大学兼职教授，安徽农业大学客座教授。主持或作为核心成员参与各类国家重大、重点等科研项目近20项。在国内外期刊和国际会议发表论文100余篇，专著1部，获得国家发明专利6项，国际发明专利3项。2016年5月被授予“全国优秀科技工作者”称号。研究成果被相关部门采纳，并参与获得2项国家科技进步二等奖，2项北京市科技进步三等奖。毛克彪是一位在学术界研究思维非常活跃的学者，在遥感和计算机等七个专业学习过，研究思路开阔，不拘一格。

后续报道

近年来，毛克彪研究当前气候变化预测存在的问题，首次提出了建立基于大数据和万有引力空间气候变化模型思想。他认为地球每天的天气变化是由于各个星体轨道变化导致地球的引力场和磁场每时每刻都在变化，高速自转和公转的地球每时每刻都在做自我调整从而达到动态平衡，从而引起地球系统每天水循环（包括大气水汽、降雨和洋流）和地球内部（岩浆）等变化，形成了每天不一样的天气，气候周期变化是由于各个星体都在做周期运动。太阳和其它星体也是在运动的过程中由于各星体引力和磁场大小及方向变化做即时自我调整，比如太阳每天的辐射变化和黑子周期的变化与地球的每天天气和气候变化是相似的，引力大小和方向变化控制太阳的辐射变化。地球每天的天气（气象）和长时间的气候变化都是一种天文现象，极端天气是由对地球作用的天体引力方向突然改变引起的。人类在地球系统内部的作用是非常小的，特别是人类排放产生的二氧化碳对气候变化影响非常小，只是一个微调或者扰动作用。他提出以大数据思维建立终极气候变化模型：以开普勒三定律和万有引力定律为基础，建立一个以太阳或者银河系为中心的引力和磁场变化模型，模拟在行星运动过程中，磁场和引力方向变化以及太阳辐射变化怎样驱动地球大气水汽（云）、洋流运动和岩浆运动等、从而引起每天不同的天气变化，特别是模拟引力场和磁场方向突变引起地震和火山喷发，从而更加准确地预报重大自然灾害。他认为地球上的每个物种的出现和消失在某种程度也是由星体引力和磁场变化及周期决定。由于星体运行周期长，人类缺乏观测数据和观测技术，可以利用地球极端气候周期变化反推天体运动规律和发现新的天体，用大数据思维建立复杂气候变化和生态模型是未来气候变化研究的趋势。

温度和水分是农业资源与环境中监测的重要参数，也是是表征地球各圈层（岩石圈、水圈、大气圈和生物圈）之间能量传输的一个重要的物理量，地面温度和水分（包括地表和近地表）是研究地表和大气之间物质和能量交换、全球海洋环流、气候变化异常等方面不可或缺的重要参数，涉及众多基础学科和重大应用领域。毛克彪从事水热参数遥感反演近20年，主要取得了以下四方面的成果：（1）通过利用同极化不同频率微波指数克服粗糙度的影响，建立了标准极化微波指数模型，提高了土壤水分反演精度；发明了一套利用GPS地面反射信号估算土壤水分的仪器和方法，填补了国内地面高空估算大面积土壤水分微波仪器的空白；提出利用卡曼滤波迭代优化方法估算窄波段、宽波段发射率及大气水汽含量，提高了反演精度；（2）首次提出利用先验知识和人工智能方法直接从遥感数据大面积估算近地表空气温度反演方法，提高了空气温度反演的精度和时效性；（3）在晴空条件下，通过利用近红外波段估算大气水汽含量，克服了以往算法需要从气象站点获得水汽的困难，提出了地表温度和发射率分步反演的新劈窗算法，简化了反演过程，提高了反演精度；针对多热红外波段数据，通过建立邻近波段发射率之间的关系，克服方程不足的困难，提出了同时反演地表温度和发射率的多波段反演算法，并利用神经网络进行优化计算，大大提高了反演精度和算法适用性；（4）提出了全天候的被动微波数据的地表温度反演方法，解决了有云情况下热红外无法准确反演地表温度的难题。10余个水热参数遥感反演算法分别发表在国际IEEE和JGR等刊物上，反演精度得到国际同行认可。

研究成果发表在国内外刊物上，并分别获得国家和国际发明专利，在国内外学术界有较大影响，特别是在2008年中国南方大雪冰冻灾害监测中，由于雪情复杂导致常规监测算法失效。在国内各个国家自然灾害监测中心无法获得地面雪灾信息情况下，毛克彪综合利用自己提出的算法作出的灾情图件提交到了国务院和农业部等相关部门，得到了国家遥感中心领导和李小文院士的高度赞扬并将研究成果推荐申报全国优秀博士学位论文。在出版一部专著后，李小文院士再次推荐他为研究生写一本参考教材，并再次肯定研究成果在国家重大自然灾害中的应用贡献。上述主要研究成果被中国农业科学院农业部重点实验室和呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站采纳并作为业务监测算法，在国家重大自然灾害监测中发挥了重大作用，参与成功申报2项国家科技进步二等奖，2项北京市科技进步三等奖。