李小文院士定量遥感报告.ppt

地球表面关键性时空多变要素——对地反复观测的真正对象 上述时空多变要素是这五大相关领域迫切需要的，也是它们长期想要而不能得到的关键输入参数和验证数据。获取上述要素的时空定量分布，从而推动这些领域的发展。 大家一般的先验知识认为柳絮是白的，为什么诗人观察到柳絮是红的呢？诗人作了解释： 1、夕阳 —— 光穿越大气的光学路径较长，短波段散射严重，直射光偏红，所以“夕阳红”，“残阳如血”。 2、下垫面——桃花坞，“灼灼桃花”盛开，不是一个大叶模型的下垫面，而是一个红色的下垫面，反射光偏红。 3、气溶胶——柳絮本身是全波谱反射，此时反射夕阳红，反射桃花红，所以柳絮成了片片红。 当然这只是一个简单的定性模型，但我们可以看出影响遥感信息产生过程的主要因素之多。 从水平方向上来说，陆地表面在遥感像元尺度上几乎总是混合像元，前面1米分辨率的天安门广场上，我们可以看到人影，我开玩笑说是比较胖的同志，其实我相信看到的是比较密的人群。大家也许认为大戈壁或沙漠可以认为是 “纯” 像元，但其实也包含砾石的阴影。我在沙漠上实测砾石的承照面和背阴面，温差大约 10 摄氏度以上。 对1公里像元尺度来说，地形的起伏常常不可忽略。 所有这些，使遥感定量反演命中注定是一个病态反演。 几何光学模型 不久前《遥感学报》要我为我们的一辑专刊写前言，我写道： ? 时届中秋佳节，“明月几时有？”我国古代地理学家一千年前就提出这一问题。二向性反射的几何光学学派的回答是，只有当观察者位于“热点”方向，即背对太阳时，才能看到满月，而且看不到环形山的任何阴影，因而最明亮。 这个回答也许太简单，因为还有大气透明度的问题，日地距离，相干效应，等等，等等。但不可否认，几何光学的回答抓住了问题最核心的本质。同样的原理，我们已成功地应用于可见光、近红外波段的对地遥感，在攀登项目中又成功地推广到热红外，解释非同温像元热辐射的方向性。本期增刊的几篇文章用实测或模拟数据证实了我们温差面积的投影加同温多次散射模型的合理性。 《遥感学报》在此时要我为增刊写前言，我愿祝读者中秋快乐，愿故乡的明月能成为遥感机理研究中国几何光学学派成功的见证。? 当我写这番话时，我以为月亮的朔望，上弦下弦，这些几何光学关系是大家都清楚的。不料好几位地理学的博士、教授怀疑我满月即热点的提法。经过热烈讨论，我才弄清楚他们把新月当作月食了。再深入问，为什么满月不总有月食？这复杂一些，牵涉到地球的锥形阴影和满月的“热点宽度”，但仍然是一个几何光学问题。 这里虽然以介绍几何光学模型为主，但并不排斥其他的模型或学派，古话说，“珠联璧合”，“相得益彰”，“君子和而不同、小人同而不和”，就是讲多样性的互补与综合，或英语里的 synergic. 说到珠联璧合，时髦的读者也许会想到珍珠项链什么的，92年版“常用成语词典”解释为：“指珍珠串在一起，美玉合在一块儿，比喻…” 这是望文生义，也不算错。但其实语出汉书：“日月如合璧，五星如连珠,” 讲的是两种罕见的天文地理现象。 几何光学模型 日月同辉不稀罕，在上弦月、下弦月时，太阳—地球—月亮成直角，我们常常可以看到。但日月合璧就难得一见了。日月合璧指的是太阳和月亮重叠在一起，而又不是日食——它们一道放射光华。有人也许认为这种罕见现象是对几何光学模型的挑战。但其实我相信只有几何光学模型（加上大气分层模型）才能解释这种目前据说只能在东南沿海十月朔日、天朗气清时才能看到的日月同升现象。不过要验证这种解释就比较困难，需要在指定时刻，指定地点，测太阳/月亮的直射光谱，放探空气球，但也不是办不到的。 几何光学模型 草色遥看近却无 3.2 尺度效应 为什么我们跑那么大老远到卫星上观察地球表面，反而比我们在地上“眼见为实”竟然还有优势呢？这里牵涉到一个尺度问题。 不同的自然现象有不同的最佳观测距离和尺度，并不一定是距离越近越好，观测越细微越好。18世纪英国斯威夫特用一个例子形象地说明这一点。他假定从非常近的距离，用很高的分辨率来看一个美女。观察者在这位美女的脸上从一个毛孔观察到另一个毛孔，辛苦观测的结果和整体的“美”全不相干。我国古代学者更早几百年也认识到了这个观察尺度和距离的问题。他们以庐山为例：在山里实地积累的大量观察，“远近高低各不同”，对认识庐山的全貌却很少有所帮助。这并不是否定系统的高精度的实地观测，而是说明需要适当的距离和比例尺，才能有效、完整地观察。 横看成岭侧成峰 远近高低各不同 不识庐山真面目 只