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且看不到環(huán)形山的任何陰影，因而最明亮。 這個回答也許太簡單，因為還有大氣透明度的問題，日地距離，相干效應，等等，等等。但不可否認，幾何光學的回答抓住了問題最核心的本質。同樣的原理，我們已成功地應用于可見光、近紅外的對地遙感，在攀登項目中又成功地推廣到熱紅外，解釋非同溫像元熱輻射的方向性。 當我寫這番話時，我以為月亮的朔望，上弦下弦，這些幾何光學關系是大家都清楚的。不料好幾位地理學的博士、教授懷疑我滿月即熱點的提法。經過熱烈討論，我才弄清楚他們把新月當作月食了。再深入問，為什么滿月不總有月食？這復雜一些，牽涉到地球的錐形陰影和滿月的“熱點寬度”，但仍然是一個幾何光學問題。 這里雖然以介紹幾何光學模型為主，但并不排斥其他的模型或學派，古話說，“珠聯(lián)璧合”，“相得益彰”，“君子和而不同、小人同而不和”，就是講多樣性的互補與綜合，或英語里的synergic. 說到珠聯(lián)璧合，時髦的讀者也許會想到珍珠項鏈什么的，92年版“常用成語詞典”解釋為：“指珍珠串在一起，美玉合在一塊兒，比喻…”這是望文生義，也不算錯。但其實語出漢書：“日月如合璧，五星如連珠,”講的是兩種罕見的天文地理現(xiàn)象。 日月同輝不稀罕，在上弦月、下弦月時，太陽—地球—月亮成直角，我們常?？梢钥吹?。但日月合璧就難得一見了。日月合璧指的是太陽和月亮重疊在一起，而又不是日食——它們一道放射光華。有人也許認為這種罕見現(xiàn)象是對幾何光學模型的挑戰(zhàn)。但其實我相信只有幾何光學模型（加上大氣分層模型）才能解釋這種目前據(jù)說只能在東南沿海十月朔日、天朗氣清時才能看到的日月同升現(xiàn)象。不過要驗證這種解釋就比較困難，需要在指定時刻，指定地點，測太陽/月亮的直射光譜，放探空氣球，但也不是辦不到的。 幾何光學（GO）模型明顯的優(yōu)勢就是解釋陰影、表面反射，簡單、直截了當。 輻射傳輸（RT）模型明顯的優(yōu)勢則在液體和氣體的體散射，出發(fā)點就在微分體積元的能量守恒。RT模型的問題在于太復雜，出發(fā)點就左微右積。RT學派腹誹 GO模型主要有兩條：1）太簡單，不像學問高深的樣子；2）不滿足能量守恒定律。既然是腹誹，你怎么知道？因為有學GO的學生轉學RT的；也有學RT的學生論文讓我審的。說GO模型不滿足能量守恒定律，純屬誤解；它在微觀和宏觀兩個層次上均滿足能量守恒定律，只是沒有必要在方程里表示出來。就像我們吃飯，餓了就吃，沒有必要先宣布為了能量守恒，現(xiàn)在開始吃飯一個道理。相反RT模型，由于沒有解析解，宏觀上不滿足。 這里我順便講一講模型的簡單性原則。 模型的簡單性原則：我們所謂模型就是對真實世界（事物、過程。。。）的數(shù)學描述，英文原意就是模特兒（model）。 高度逼真－－－－－－－－－－－－－馬虎（逼真性） 復雜－－－－－－－－－－－－－－簡單（復雜性） 真人模特－塑料模特－－－－－－－－稻草人（例） 推銷時裝－－－－－－－－－－－－－趕麻雀（用途） 討論模型的簡單性，首先要明確建模的目的。用途不同，上面從名模到稻草人都可能是合理的。要趕麻雀，用真人模特就極不合理。但不懂這個道理，我自己就還真干過，后果嚴重。。。。。。 同樣逼真、同樣普適的情況下，模型越簡單越好?；蛘邠Q一個表述，即著名的“奧卡姆剃刀”：如無必要，勿增實體。－多余的東西、統(tǒng)統(tǒng)刮掉。 對建模來講，這里實體包括：假設，參數(shù)，運算的復雜性等等。600多年以來，從哥白尼的日心說，到牛頓的萬有引力，到愛因斯坦的相對論，簡單性原則已經取得巨大成功，成為重要的科學理念。要解釋晝夜，解釋時差，地心說就夠了。但是地心說解釋五大行星的運動，就復雜到連張衡，諸葛亮都頭疼。哥白尼的成功，我們往往過多強調了科學對神學革命的一面，忽略了簡單性原則成功的一面。 輻射傳輸（RT）模型在大氣遙感中取得了巨大的成功。1960年代以來用于陸表遙感，成為主流學派，但遇到較大的困難。原因：陸表不是氣體，其三維結構投射陰影。二十多年來Li－Strahler幾何光學模型逐步發(fā)展，已成系列：Li-Strahler模型系列SCI引用次數(shù)經檢索，1991-2007年間，陸表遙感模型SCI引用次數(shù)最高三篇論文為：(1) Myneni，93：193次；(2) Roujean，92：162次；(3) Li，92：155次。分別為RT、GO－RT混合（GORT）、和GO模型。分析最高三十篇，基本也是三分天下的格局。至此我們可以認為GO模型已成功進入了陸表遙感的主流。(很有科學自信) 幾何光學模型早期的成功是解釋地物反射的方向性。這是人們早就觀察到的現(xiàn)象。例如韓愈，就注意到春雨之后：草色遙看近卻無。幾何光學模型給這類BRDF現(xiàn)象簡潔的數(shù)學解釋，推動了BRDF研究和多角度遙感的發(fā)展。但我們不能停留在“草色遙看近卻無”的階段。 但Li－Strahler幾何光學模型系列需要拓展可見光／近紅外熱紅外微波遙感被動主動主被動協(xié)同目前國際上搞GO模型的越來越多，比如 Roujean，陳鏡明。我們必須拓展才能保持競爭優(yōu)勢。􀂋80年代初，第一個李－Strahler幾何光學模型，就明確考慮到了尺度問題。􀂋美國微波遙感的先驅Moore 也很快意識到其優(yōu)勢，建議合作用于雷達遙感；􀂋98年R. Dickinson院士建議用于大氣模型下界面；􀂋98年NASA要求將幾何光學模型用于熱紅外。 談到GO模型推廣到微波，大家都難免懷疑，微波波長比VNIR長那么多，GO模型還管用嗎？是的，在葉片的層次，GO模型應該不那么管用了，葉片可以簡化為云中水滴，RT方程更適合描述雷達信號的衰減但是樹干和地面形成的角反射器，是雷達波的主要成分，只有GO模型能較好描述。這是Moore早就注意到，孫國清接著我85年工作一直在 做的。另一個疑問是，GO模型是簡單推廣到微波嗎？那有什么創(chuàng)新？首先，目前仍普遍懷疑GO模型能否用于SAR，作好了大家才信。這也是一個創(chuàng)新點。其次，GO在模型層次作為協(xié)同反演的基礎，描述SAR回波的產生，但其上疊加上了葉片的衰減，光靠SAR回波是很難區(qū)分的。而VNIR估算LAI是拿手好戲。這樣協(xié)同反演，是主要創(chuàng)新點。 為什么我們跑那么大老遠到衛(wèi)星上觀察地球表面，反而比我們在地上“眼見為實”竟然還有優(yōu)勢呢？這里牽涉到一個尺度問題。 不同的自然現(xiàn)象有不同的最佳觀測距離和尺度，并不一定是距離越近越好，觀測越細微越好。18世紀英國斯威夫特用一個例子形象地說明這一點。他假定從非常近的距離，用很高的分辨率來看一個美女。觀察者在這位美女的臉上從一個毛孔觀察到另一個毛孔，辛苦觀測的結果和整體的“美”全不相干。我國古代學者更早幾百年也認識到了這個觀察尺度和距離的問題。他們以廬山為例：在山里實地積累的大量觀察，“遠近高低各不同”，對認識廬山的全貌卻很少有所幫助。這并不是否定系統(tǒng)的高精度的實地觀測，而是說明需要適當?shù)木嚯x和比例尺，才能有效、完整地觀察。 橫看成嶺側成峰 遠近高低各不同 不識廬山真面目 只緣身在此山中 ------蘇東坡論尺度效應 遙感空間分辨率從公里到亞米級，要反演生態(tài)環(huán)境要素，必須研究其空間尺度效應，實現(xiàn)尺度轉換 如不同空間分辨率的遙感圖像分類，在增加了地表分類破碎度的分維描述以后，不同比例尺下地類面積估算就可以實現(xiàn)尺度轉換，結果能自洽; “美國地理遙感之父”D. Simonett早在80年代初NASA設立RSSP(遙感科學計劃）時就指出尺度效應是遙感科學之所以為科學的關鍵問題； 中科院外籍院士、美國兩院院士R. Dickinson（2005）指出“李小文等給出了一些遙感中有關尺度效應的示例…直到近來我才意識到尺度效應對于這個領域(氣候模擬)內的成功（或它的不足）是極其重要的?！?br> 遙感產品用戶最關心的是產品精度，領導也最關心精度。但定量遙感的困擾，根子在于其本身的優(yōu)勢：例如，除了遙感自己，很難給出公里尺度上復雜地表溫度的 “真值”。像林班尺度上樹冠大小、全國耕地總面積等的“真值”倒是可以獲得或查到，但這些真值本身都有很大的不確定性－我大學學過誤差分析，后來搞“社教”丈量過自留地，搞森林遙感也量過樹冠大小。所以定量遙感的精度問題很多時候是無真值情況下的問題。 在沒有真值的情況下，怎么衡量遙感產品的精度？這有點像衡量一個人的箭法，有箭靶好辦，數(shù)多少環(huán)就行；沒有箭靶怎么辦？古代一般就讓他多射幾箭，看其箭著點的一致性。 所以我覺得精度應該分兩種，有真值叫精確度（accuracy）；沒有真值叫精密度（precision）。 那么精密度又怎么衡量呢？應該是從獨立的遙感數(shù)據(jù)源，估計同一未知數(shù)，再分析其各自的不確定性和一致性。事實上人們就常用高分辨率的遙感圖像的估計來作為較低分辨率遙感產品精密度的衡量標準。例如用大比例尺航片的結果作為衡量衛(wèi)片結果的標準。但是如果二者分辨率相差太大，那就必須有地面實況的一些先驗知識（如地塊破碎度、田坎系數(shù)、物候LAI，等），進行尺度變換，使之排除地面實況本身的影響，才能衡量遙感產品（算法）的精密度。用地面臺站數(shù)據(jù)作“真值” 時更是如此。當然追求給定尺度上地面測量的真值，也是我們努力的另一方向，例如LAS。 這只是我的管見，但遙感課題立項答辯中經常遇到這個問題，所以講出來供大家參考。預祝大家今后立項順利！ 像元互易原理適用性的爭論主要是在地學測量界和物理學家之間壁壘分明進行。前者如Kimes, Kriebel, 早就觀察到互易原理的“視在失效”，后者如Snyder, Wanner等則堅持互易原理是物理學的基本假設之一，可以用來衡量數(shù)據(jù)質量。 作為成都電訊工程學院畢業(yè)生，我早在85年使用Kimes的經典數(shù)據(jù)時就發(fā)現(xiàn)其不滿足互易原理。Kimes堅持不是由于測量誤差引起的。我當時存疑，直到十二年以后才發(fā)現(xiàn)了溝通二者的橋梁。 |
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