近年來(lái)，極端氣候越來(lái)越頻繁，嚴(yán)重影響著人們的生產(chǎn)和生活。它已經(jīng)成為了各國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)等領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問題。很多科學(xué)家斷言，隨著人類社會(huì)工業(yè)文明的大發(fā)展，巨量碳排放造成的溫室效應(yīng)將造成氣候異常乃至全球變暖;另有一批科學(xué)家預(yù)測(cè)，隨著太陽(yáng)系在銀河系運(yùn)行位置的變化，地球即將面臨新的冰川期。一時(shí)間，人類未來(lái)將面臨怎樣的氣候狀態(tài)成了未解之謎。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所毛克彪研究員/教授認(rèn)為，人類現(xiàn)在并沒有足夠的能力去預(yù)測(cè)和控制氣候變化，科學(xué)家甚至還沒有弄清楚氣候變化的真正原因，而人類排放產(chǎn)生的二氧化碳對(duì)全球溫度變化的影響其實(shí)非常小。通過(guò)一系列開創(chuàng)性研究，他提出了以大數(shù)據(jù)思維建立綜合氣候變化模型，以期更好地服務(wù)于社會(huì)大眾的生產(chǎn)和生活。

毛克彪，博士，現(xiàn)任中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃所研究員(優(yōu)秀青年一級(jí)人才)、全國(guó)優(yōu)秀科技工作者、茅以升北京市青年科技獎(jiǎng)獲得者，湖南科技大學(xué)兼職教授、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)客座教授，主要從事農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、氣候變化、地表參數(shù)反演、數(shù)據(jù)同化、微波和熱紅外遙感、空間數(shù)據(jù)挖掘及GIS應(yīng)用等方面的研究;發(fā)表論文近100余篇(第一作者70余篇)、個(gè)人專著1本，獲得國(guó)家發(fā)明專利6項(xiàng)、國(guó)際專利3項(xiàng)、軟件著作權(quán)17項(xiàng)。

勇挑重?fù)?dān)，成果突出

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，毛克彪研究員應(yīng)遙感地理學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士李小文的邀請(qǐng)，參加冰雪災(zāi)害監(jiān)測(cè)工作。他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，得到了國(guó)家遙感中心領(lǐng)導(dǎo)和李小文院士的高度贊揚(yáng)，為遙感界爭(zhēng)得了榮譽(yù)，為救災(zāi)提供了有力的支撐信息，凸顯了遙感在大尺度災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的作用。

2016年5月毛克彪研究員被授予“全國(guó)優(yōu)秀科技工作者”稱號(hào)，以表彰他在水熱關(guān)鍵農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害參數(shù)和提出新的氣象變化模型理論思想等取得的一系列卓著成績(jī)：(1)在晴空條件下，通過(guò)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(guò)程，提高了反演精度;針對(duì)多熱紅外波段數(shù)據(jù)，通過(guò)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;(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)通過(guò)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;(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;(5)通過(guò)對(duì)全球數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)近年來(lái)大氣水汽呈減少趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)全球北高緯植被和水汽同時(shí)增加，赤道地區(qū)植被和水汽同時(shí)減少，從而首次得出全球水汽分布對(duì)植被大時(shí)空分布方面是起主要決定性作用因素之一的結(jié)論;(6)通過(guò)對(duì)全球溫度，二氧化碳，植被和水汽數(shù)據(jù)分析首次提出地球溫度變化是由地球在太陽(yáng)系中的軌道能級(jí)位置決定的結(jié)論;地球上生態(tài)系統(tǒng)(植被物種分布)大的時(shí)空分布受大氣水汽時(shí)空分布影響很大，同時(shí)也是由天體運(yùn)行軌道位置決定的結(jié)論;并在此基礎(chǔ)上提出了建立以開普勒定律和萬(wàn)有引力定律以及廣義相對(duì)論為基礎(chǔ)的全球氣候變化和生態(tài)系統(tǒng)理論模型思想。

以大數(shù)據(jù)思維，建立終極氣候變化模型

針對(duì)近年來(lái)大部分科學(xué)家認(rèn)為人類燃燒礦物燃料及毀林等導(dǎo)致大氣中溫室氣體濃度增加、硫化物氣溶膠濃度變化和土地利用變化等引起地球氣候變暖，毛克彪認(rèn)為這些都不是氣候變化的主因。他提出氣候變化研究分成系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)外兩個(gè)層次研究，第一個(gè)層次研究是指以地球系統(tǒng)為核心的系統(tǒng)內(nèi)研究，比如現(xiàn)在的氣候變化、水循環(huán)和碳循環(huán)等研究，以及提出來(lái)的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式等等;另外一個(gè)層次是考慮其它行星軌道變化導(dǎo)致與地球之間的引力場(chǎng)和磁場(chǎng)變化，從而引起地球系統(tǒng)水循環(huán)(包括大氣水汽，降雨和洋流等等)和地球內(nèi)部巖漿運(yùn)動(dòng)異常的系統(tǒng)外研究。從某種程度上講，系統(tǒng)外的變化決定系統(tǒng)內(nèi)的變化。由于星球之間的距離變化導(dǎo)致引力場(chǎng)和磁場(chǎng)變化，從而進(jìn)一步導(dǎo)致地球在太陽(yáng)系中所處的能級(jí)軌道發(fā)生變化。地球的勢(shì)能和動(dòng)能發(fā)生變化，會(huì)通過(guò)改變地球內(nèi)部能量的釋放引起海水溫度的變化，比如“厄爾尼諾”和“拉尼娜現(xiàn)象”就是海水溫度周期變化引起的。這是地球外的其它星體周期運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致引力場(chǎng)或者磁場(chǎng)周期性地發(fā)生變化導(dǎo)致的，這種微小的變化對(duì)地球的水循環(huán)影響很大，會(huì)引起臺(tái)風(fēng)和颶風(fēng)等自然災(zāi)害。目前科學(xué)家做的絕大數(shù)研究是系統(tǒng)內(nèi)研究，但系統(tǒng)外的研究更重要。地球的磁場(chǎng)變化是由其本身在天體中運(yùn)行的軌道所決定的，如果把太陽(yáng)比做原子核，那么地球只是圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)的一個(gè)的電子。極端氣候變化事件很可能是由于其它行星或者天體靠近或者遠(yuǎn)離導(dǎo)致磁場(chǎng)和引力場(chǎng)發(fā)生變化引起的，特別是那些突然受某種外力作用，比如彗星等星體脫離原來(lái)的運(yùn)行軌道，或者由于運(yùn)行軌道所需要的能量進(jìn)行能級(jí)躍遷釋放或吸收能量等。地球上的各種物質(zhì)和密度都不一樣，引力和磁場(chǎng)變化引起地球系統(tǒng)局部變化不一致。特別是磁場(chǎng)或者引力場(chǎng)變化驅(qū)動(dòng)云和大氣中水汽，洋流以及地殼巖漿異常運(yùn)動(dòng)，破壞平衡導(dǎo)致發(fā)生自然災(zāi)害(比如臺(tái)風(fēng)和大范圍降雪以及地震等)。

毛克彪通過(guò)對(duì)太陽(yáng)系星體運(yùn)行軌道(如下圖所示)和全球遙感等數(shù)據(jù)證明：地球溫度變化主要是由地球在太陽(yáng)系和銀河系中的軌道位置所處能級(jí)決定，地球內(nèi)部能夠自我調(diào)節(jié)溫度，人類對(duì)地球溫度變化影響不大，特別是二氧化碳的排放對(duì)地球溫度的影響只是起到擾動(dòng)或微調(diào)作用。他舉了一個(gè)簡(jiǎn)單證明就是地球一天二十四小時(shí)溫度變化是由地球自轉(zhuǎn)決定的，每年春夏秋冬溫度四季變化是地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)決定的，更長(zhǎng)周期的溫度變化是由太陽(yáng)和其它星體公轉(zhuǎn)決定，二氧化碳對(duì)地球溫度變化幾乎沒有影響。

天體周期運(yùn)動(dòng)引起地球氣候變化

大氣中的二氧化碳濃度增加，按照常理大氣溫度升高，大氣水汽飽和度增加，溫度繼續(xù)升高，反復(fù)疊加，溫度會(huì)持續(xù)增加;然而數(shù)據(jù)分析表明大氣中的水汽含量下降，從而部分抵消了二氧化碳的影響，溫度不是線性上升(如下圖所示)。

毛克彪提出，地球溫度的變化是由地球在太陽(yáng)系和銀河系中的軌道位置所處的能級(jí)決定。當(dāng)人類釋放大量的二氧化碳導(dǎo)致溫度升高時(shí)，地球?yàn)榱司S持自身的穩(wěn)定，就會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)大氣水汽和其它氣體成分變化或者火山噴發(fā)釋放氣溶膠到大氣中或者冰雪融化或者調(diào)節(jié)海洋底下火山噴發(fā)的大小改變海水溫度，從而使調(diào)節(jié)溫度變化。另外，毛克彪通過(guò)分析近年全球植被遙感數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)全球的植被也隨“星體軌道變化-氣候變化-溫度變化-二氧化碳變化-水汽變化”而變化(全球水汽和植被空間變化趨勢(shì)如下圖所示)，赤道地區(qū)的植被每年以0.11%速度在減少(水汽在此也減少)，北高緯植被每年以0.17%的速度在增加(水汽在此相應(yīng)增加)。植物會(huì)通過(guò)光合作用吸收空氣中CO2和釋放氧氣，以及通過(guò)蒸騰作用影響周圍環(huán)境的溫度。植被時(shí)空變化受溫度的影響，但同時(shí)也在調(diào)節(jié)溫度變化。除赤道地區(qū)外，南北半球植被隨四季變化非常明顯，四季變化主要是由地球位于太陽(yáng)不同軌道位置決定的。植被時(shí)空變化受天體運(yùn)行軌道的影響可以從我們?nèi)粘Ｉ钪械玫阶C明，植被在晝夜生長(zhǎng)差異比較大，這是地球自轉(zhuǎn)造成。另外在不同農(nóng)時(shí)種植不同的農(nóng)作物，錯(cuò)過(guò)農(nóng)時(shí)將很難豐收。雖然現(xiàn)在大棚可以種植蔬菜，但在不適宜的季節(jié)種植，蔬菜的味道是差異的，這也直接說(shuō)明蔬菜生長(zhǎng)受季節(jié)影響很大，而季節(jié)變化則直接由天體軌道運(yùn)行位置決定，即植被的生長(zhǎng)在很大程度上受天體運(yùn)行軌道位置影響。從某種程度上講，農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)、旱澇發(fā)生、糧食產(chǎn)量等也是由天體運(yùn)行軌道位置決定。植被大規(guī)模地空間變化人為因素影響很小，不同地區(qū)增加或減少主要是由于星體周期變化，磁場(chǎng)引力變化等引起的。他同時(shí)提出地球各板塊運(yùn)動(dòng)、地球上生態(tài)系統(tǒng)中每個(gè)物種的出現(xiàn)、遷移和消失在某種程度也是由星體引力和磁場(chǎng)變化等因素決定，即由星體運(yùn)行軌道位置決定。引力場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化直接影響到各物種在自然界的生存能力，主要原因是各種物種都是由分子原子構(gòu)成，都受到引力和磁場(chǎng)的作用。

全球水汽分布變化圖(顏色從左往右表示水汽減少-增加：赤道地區(qū)減少明顯，北高緯增加比較明顯)

全球植被分布變化圖(顏色從左往右表示植被減少-增加：北高緯植被增加明顯，赤道地區(qū)植被減少明顯)

總之，地球在通過(guò)某種內(nèi)在方式進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。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大小和方向突然改變或者變化幅度太大引起的。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)全球溫度變化影響非常小，只是一個(gè)微調(diào)或者擾動(dòng)作用，從全球平均溫度變化圖可以看到這點(diǎn)。當(dāng)然，節(jié)約能源和減少大氣污染還是非常必要的，而且人類的劇烈排放二氧化碳或者其它破壞會(huì)導(dǎo)致地球內(nèi)部調(diào)節(jié)更加劇烈，自然災(zāi)害頻率和強(qiáng)度就會(huì)增加，從而影響人類生存。

為此，毛克彪提出以大數(shù)據(jù)思維建立終極氣候變化模型：以開普勒三定律、萬(wàn)有引力定律及廣義相對(duì)論為基礎(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，模擬各星體軌道位置變化過(guò)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)等引起每天不同的天氣變化，并進(jìn)一步影響生態(tài)系統(tǒng)時(shí)空變化，特別是模擬引力場(chǎng)和磁場(chǎng)大小及方向突變引起地球各個(gè)板塊之間相互擠壓(移動(dòng))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)思維建立大尺度時(shí)空氣候變化和生態(tài)物種演化模型是未來(lái)地學(xué)等領(lǐng)域研究的趨勢(shì)。此理論思想的提出為大的時(shí)空尺度空間氣候變化和生態(tài)系統(tǒng)模型研究開辟了新的研究途徑和新的學(xué)科研究方向，對(duì)空間氣候變化和災(zāi)害預(yù)測(cè)以及生態(tài)物種時(shí)空演化等研究具有突破性的重大意義。

毛克彪這些研究成果發(fā)表在國(guó)內(nèi)外刊物上，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界有較大影響，部分成果參與獲得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)。個(gè)人獲得北京市茅以升青年科技獎(jiǎng)1項(xiàng)，中國(guó)產(chǎn)學(xué)研促進(jìn)獎(jiǎng)1項(xiàng)，并被評(píng)為全國(guó)優(yōu)秀科技工作者。相信隨著研究的不斷深入，毛克彪的創(chuàng)新成果一定能為我們社會(huì)的生產(chǎn)和生活做出更大的貢獻(xiàn)。