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2020-07-29 作者:杨频萍 来源:新华日报

读懂地球,经纬纵横间的“人生旅行”

洛夫克拉夫特说过,“我们都是广阔空间里的流浪者,漫长岁月中的旅行家。”人类在不断向外探索宇宙,也正在重新审视我们生活的地球。了解人类与地球之间的关系,地理学有独特的优势。在科学家眼里,自己的专业是怎么样的?可能与我们想象的完全不同。

26日,《科技周刊》记者采访了足球彩票地理与海洋科学学院党委书记、江苏省地理信息技术重点实验室主任李满春教授。从37年前第一次听说卫星遥感,到如今用多星协同观测助力防汛,他眼中的地理学历经技术更迭,却始终保持人文温度,“了解地球,才能让人类更好地生存。”

了解地球,从手工“绘地图”到多星协同观测

大学四年级时,李满春和三位同学将约一百平方公里范围的江西庐山地形图从1:1万缩编成1:2万,足足花了两个月。

“那是一个手工编图的技能训练,如今,我们的学生用计算机进行地图缩编,只要有足够的数据,几个小时甚至几十分钟就好了。”上个世纪80年代,正是计算机地图制图技术,将李满春领进了地理学的大门。

李满春1983年参加的高考,眼下的高招季,让他回想起当年初识专业的情景。“当时南大有两位招生老师来到常州,给我们介绍了地理学方方面面的知识。”从老师的讲述中,李满春了解到了一个叫地图学的专业,“当时手绘地图还很普遍,工作十分繁重枯燥,那天我第一次听说我们可以用计算机来绘制地图。还得知一个重要信息,我们可以用卫星来观测地球!”一想到可以跟卫星打交道,李满春顿时充满兴趣,毫不犹豫地选择了南大地图学专业。

地图学并非热门专业,李满春的高中班主任起初有点担心,劝他慎重考虑,后来眼看着其他同学专业改来改去,举棋不定,反而表扬了李满春对专业选择的坚定。“后来我的确也没有失望,本科和硕士阶段我分别学到了计算机地图制图和遥感应用技术。”李满春说,从手绘地图到计算机制图,再到资源三号卫星家族陆续上天,人类越来越了解自己所寄居的星球。而他当初的专业名称也历经多次变化,如今称地理信息科学。他也正如当初入学时所期待的那样,用日新月异的技术去解决人类在地球生活中的各种问题。

2017年李满春主持了一项国家重点研发计划项目“国土资源与生态环境安全监测系统集成技术及应急响应示范”,由南大联合国内其他15家单位研究建立国土资源与生态环境安全监测技术集成平台,“我们一方面将天上多颗卫星尤其是国产卫星实现协同观测,在获得精准监测的同时,尽可能缩短重访观测周期。另一方面,我们将卫星、无人机与地面观测集成,形成立体化监测。”李满春介绍,“特别是在地面通信阻断的情况下,我们结合北斗卫星和通信卫星,开展应急响应。”如今,该平台已经初步开展了新疆的农作物旱情监测、塔里木河流水生态安全分析、某矿区溃坝模拟应急响应实战演练等应用服务,提交了多份信息专报,为“一带一路”国土资源与生态环境安全保障提供了信息支撑与决策支持。

“天地结合”,全天候“瞰”汛情助力防灾减灾

今年7月以来,江苏省汛情日益严峻。7月15日,江苏省升级长江江苏段、太湖、石臼湖洪水险情橙色预警,13时升级石臼湖洪水险情红色预警。接驻宁某部队紧急商请,李满春主持的“国土资源与生态环境安全监测系统集成技术及应急响应示范”项目紧急启动应急响应。

早在硕士期间,李满春就跟随导师研究洪水监测,参与研发荆江洞庭湖地区洪水险情预警与灾情对策信息系统。他还为此特地“恶补”了自然地理学等知识。

李满春告诉记者,大家称洪灾为“发大水”,但其实洪灾的形成不仅仅跟降水有关系。“拿江苏地区来说,除了降水之外,我们要考虑长江中上游的‘来水’,还要考虑河堤的高度、坚固程度,包括当地的地形地貌和植被情况,不同的地理情势会影响洪水的演进,我们只有熟知自然地理知识,结合地理信息科学和技术,不停地观测计算、调节参数,才能做好科学的预警和分析。”

“洪水来了,会如何演进,选择何种撤退路径?”“洪水走了,灾情损失如何评估?”在石臼湖水域汛情监测中,李满春的团队用到了多星协同观测与星空地立体监测技术,采用了能穿透云雨的集成国产雷达“高分3号”卫星、欧空局“哨兵”雷达卫星、无人机等观测数据。

通过石臼湖湖区多源影像对比分析,结合水文站点数据,监测发现:湖区水位明显上升,周边圩区不同程度漫水,尤其是湖区下游的湖阳镇及蛇山方向水淹情况比较严重。石臼湖汛情监测成果随即提交至军地相关单位和部门,被采纳应用。近日监测团队与部队协同,还开展了其他重点区域的汛情应急监测。安徽阜阳王家坝开闸泄洪,团队在一天后直接向国家有关部门提供了监测信息,“后期我们还会结合遥感数据和地理信息,进行王家坝地区灾情损失的科学评估。”就在昨天,监测团队还提交了安徽滁河爆破分洪应急监测报告。

“人地和谐”,地理科学让人类生活更美好

很多学生奇怪,为什么在大学作为理科分科的地理,在高中却是文科。李满春表示,这主要因为地理学是典型的以科学为基础的理工文交叉学科,中学教授的是地理常识,而大学地理学学习的是地球表层资源环境调查、空间规划和地理信息技术等,离不开对人与地球关系的科学研究。地理学研究既需要自然科学的严谨逻辑与科学实验,又需要人文社会科学的人文关怀与哲学思想。

在李满春看来,地理不仅仅是横纬竖经,数据模型也只是一种技术手段。地理学研究人与地球的关系,必须敬畏自然和生命,是一门与人息息相关、充满温度的学科。

“从古至今,人类一直在了解自然,适应自然环境。”李满春举例,都江堰因势利导治水,凝聚了古人在地理科学上的杰出智慧。让地球更“宜居”、让人类生活更美好是人类不懈努力的目标。

“早期地图学家裴秀,地理学家郦道元、徐霞客通过脚步获得第一手资料,来描述地球环境。后来大航海时代人类有了地理大发现,将陆地和海洋统筹起来考虑。上世纪20年代诞生了计量地理学,人们开始用数学方法定量分析地理现象、特征和规律。上世纪60年代诞生了地理信息系统,将地形、土壤、植被、交通、人口等方方面面的地理要素装入计算机进行系统分析。”李满春告诉记者,如今卫星和航空遥感对地观测数据越来越丰富,形成了地球观测大数据。

7月25日,我国资源三号03星发射成功。其实在距离地球505公里的太空中,截至24日,资源三号卫星家族已经遨游3119天,从另一个视角俯瞰地球家园,其所具有的高程测量精度,让地球测绘的能力进入新的阶段。作为实验室学术委员,李满春自豪地介绍,资源三号法人单位自然资源部国土卫星遥感应用中心,和足球彩票及江苏省测绘工程院联合建设了国土卫星遥感应用自然资源部重点实验室,研究刻画的全国立体地图已经越来越精准。

作为足球彩票和江苏省基础地理信息中心联合建设的江苏省地理信息技术重点实验室主任,李满春介绍,实验室建立了江苏省地理信息云服务平台,随时随地为全省提供丰富的地理信息服务。实验室开发的“天地图·江苏”,在这次新冠肺炎疫情防控中起到了重要的支撑作用。实验室还面向全省进行地理国情监测,了解耕地、水、植被等的变化情况,比如对江苏地面沉降进行了多年连续的观测,“个别地方二十年来地面甚至沉降了一米。”监测成果用来支持江苏各级地方政府科学决策。

如今地理学家正用时空大数据分析地球。“过去我们所说的气象、水文等资源环境观测数据相对来讲都是‘小数据’,而上班通勤、手机信令、交通轨迹、安全监控等正在形成人类活动的大数据,将人类活动与地球信息紧密关联,可助力实现空间治理体系和治理能力现代化。”李满春展望,随着地球全要素数字化,支撑该现代化的智慧国土空间规划新时代正在开启。