近年來，極端氣候越來越頻繁，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)化了反演過程，提高了反演精度;針對(duì)多熱紅外波段數(shù)據(jù)，通過建立鄰近波段發(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法準(zhǔn)確反演地表溫度的難題;(5)通過對(duì)全球數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)近年來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，如果把太陽比做原子核，那么地球只是圍繞太陽轉(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)。

毛克彪通過對(duì)太陽系星體運(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公轉(zhuǎn)決定的，更長(zhǎng)周期的溫度變化是由太陽和其它星體公轉(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)通過光合作用吸收空氣中CO2和釋放氧氣，以及通過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、萬有引力定律及廣義相對(duì)論為基礎(chǔ)建立一個(gè)以太陽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程中磁場(chǎng)和引力方向變化以及太陽輻射變化怎樣驅(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)。