定量遥感面临的主要问题.李小文.2009.ppt

* * 关于过程的先验知识与同化（续） 1)?????? 很好描写天气演变过程的动力学模型，并且 2)????? 能够把各种星、空、地数据等转换成一致的，适合模型运行或应用需求的参数。 ? 动力学模型，主要是大气科学的事。一般说，包含四维时空中7个未知量(预报量：速度沿空间3个方向的分量、气温、气压，空气密度、以及比湿）的7个方程。当然，要解这个复杂的的流体力学和热力学方程组，还需要已知参数、给定初值和边界条件，这就形成了定量遥感为天气预报服务最直观的切入点。 关于过程的先验知识与同化（续2） 然而，这首先牵涉到空间分辩率的问题。遥感数据与传统天气预报依赖的通常稀疏的地面观测、探空数据等相比，虽然有大面积覆盖，高空间分辨率的优势，但在像元尺度上获取的物理量，既不同于传统的点测量值，又不同于数值天气预报模型要求的格网参数值。所以这就要求按需要对遥感数据提取的信息作空间尺度转换，以满足天气预报的需求。 说起非线性系统、动力学模型，非常复杂。我们这里举一个极端简化的例子[1]，让大家思考一下，想想这个复杂性：主人A要带爱犬出发去看朋友B。A家和B家相距1公里。出发前A打电话给B，让B也同时出门，在中间会合。A和B走路的时速均为2公里。于是A，B同时出发了。A的爱犬也喜欢B，所以它急着就往B的方向跑去，遇到B后，又立即掉头往A的方向跑去，…，如此来回跑个不停。注：狗的时速8公里；调头时间假定为零。 关于过程的先验知识与同化（续3） 问题1：到A和B在中点相遇时，狗的运动方程？ 提示：先分别建立A和B的运动方程，这是两个线性方程，在时间－距离平面上构成一个三角形。狗的运动方程在三角形内形成一条多折线，用解析几何表达相对容易。 问题2：当A和B相遇时，狗是向着A还是向着B？ 提示：测不准原理。非线性。极限的定义。这个问题稍微难点。可以不管。 问题3：现在A和B在会合点聊完天后（狗一直乖乖的蹲在他们身旁），要回各自的家了。狗还是跟刚才一样，但反过方向，在A和B之间来回跑。请预测：当A和B都到家的时刻，狗在哪里？ 关于过程的先验知识与同化（续4） 大家也许会想，按时间反演对称，狗应该在A的家门口？错！大错！正确的答案是：“狗可能在A，B两家之间的任何一点”！不相信您可以算算，前向问题又是一个多一变换。反问题大家可以联想大气系统的“蝴蝶效应”[2]－ 指在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。这是一种混沌现象，是气象学家洛伦兹1963年提出来的。其大意为：一只南美热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可能在两周后引起美国德克萨斯的一场龙卷风。其原因在于很多复杂非线性系统方程，对初始条件具有极为敏感的依赖性，在问题3中的计算中，可以把量化误差（尺度效应）看作初始条件。 水土光、人生气 -- 遥感科学的定位 最近两天，开了两个会，也许是凑巧，都谈到遥感在地球表层资源环境科学中的定位问题。 ? 地球表层资源环境，一般用五个字来表述：水、土、气、 生、人。前四个字，代表最传统的四个地表圈层：水资源与水环境；土壤与土地利用；气候环境与气候资源；生物资源与生态。人类近200年来，借助自己的智力和生殖能 力，越来越多，对地球表层的影响越来越大，所以从生物圈独立出来，也算一个圈层了，学科也增加了可持续发展与环境修复。 ? 但是，我们搞遥感的总觉得这还漏了点什么特别重要的东西。漏了光！对不对？查文献，《创世记》一开始：“上帝说，要有光。于是，便有了光”。不是我们原创。 但是，正因为光太重要而又常见，反而常常被忽略掉。刚上科学网，看到一位环保大牛的博文，说，没有沙漠，就没有大气环流。我哓哓置辩说，赤道附近受光照多，只要有大气，就会有热空气上升，不管你下垫面是什么。沙漠是大气环流的果，不是因。 ? 不管地球表层资源环境科学界别的专家怎么定义，我们团队反正近年来自己把光加进去，就讲“水土光，人生气”。排序倒不是按重要性来定的，主要是图好记：咱们这一代把水土资源糟蹋光了，我们不生气，下一代也会 生气。所以同时也表达一种必须科学利用和保护资源环境的理念。讲了几年，没怎么引起重视。这两天会上，地球表层资源环境科学界的几位老院士倒好像对这一新表述感兴趣。希望今后大家能接受。但怎么整成英文，还没有想好 -- 也许同学们可以帮忙？ 但作为搞遥感的，光（广义的）同时也是地球表层各圈层各种信息（参数）的载体。比增加一个字更重要的是，我们要理顺光是怎么和其它五大圈层相互作用，承载其参数信息的？我们怎样才能从接收到的光学数据里剥离出其它五大圈层科学研究和应用所需要的参数信息？这中间究竟有些什么重要科学问题，它们相互怎么关联，形成体系？这些，我想，就是遥感科学在地球表层资源环境科学中的定位。 但是具体到什么圈层的研究和应用最需要