行走在地球科学研究的前沿——记加拿大皇家科学院院士陈镜明教授

2018-04-02 13:37:34    来源:中国网

摘要:加拿大皇家科学院院士陈镜明教授不仅学贯中西,成果丰硕,而且多年来足迹遍布世界,为地球系统科学的研究做出了杰出的贡献。

  地球资源还能支持人类社会发展多久?人类生存环境对人类自身发展的极限承载力有多大?全球环境在人类活动扰动下的变化趋势是怎样的?如何规范人类活动以达到人与自然协调发展?为了回答这些关系到人类生存前途的学问,产生了一门专门的学科,即地球系统科学

       自20世纪80年代以来,随着人类社会谋求可持续发展的意愿不断加强,地球系统科学开始进入一个新的发展时期。科学家需要把地球的大气圈、水圈(含冰雪圈)、生物圈、岩石圈、地幔和地核以及近地空间视作密切联系的整体,并关注人类活动的影响,理解它们相互作用的过程和机理。因而,研究地球系统发展地球系统科学逐渐成为引领21世纪地球科学发展的方向。当代地球系统科学的任务是通过对地球系统(包括大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、近地空间及人类活动)的过程、各子系统之间的相互作用及其演化等方面的研究,以提高对地球的认识水平,从而利用认知地球的知识为解决人类生存与可持续发展的资源供给、环境优化、减轻灾害等重大问题提供科学与技术的支持。加拿大皇家科学院院士陈镜明教授不仅学贯中西,成果丰硕,而且多年来足迹遍布世界,为地球系统科学的研究做出了杰出的贡献。

  陈镜明教授参加清华大学地学中心(现地球系统科学系)研讨会_地球科学_勘测联合网

陈镜明教授参加清华大学地学中心(现地球系统科学系)研讨会

  非凡的研究足迹

  1982年,陈镜明毕业于南京气象学院,学的是农业气象专业,1983年作为国家教育委员会第一批出国研究生到英国里丁大学气象系攻读博士学位,研究方向也是农业气象。陈镜明的导师James Milford是生物气象学家,他当时带领一个团队应用欧洲的地球静止气象卫星监测非洲大哈拉沙漠周边地区的土壤墒情,以指导当地农民的春播和耕作。他给陈镜明的研究问题是如何定量描述非洲的稀疏植被对卫星观测地表温度的影响,因为温度日变化幅度是估算土壤墒情的主要根据。导师当时很忙,没有给予足够的技术层面的指导,陈镜明有很大空间去寻找自己的解决方案。通过阅读,陈镜明了解到计算植物叶片表面温度最大不确定性是风对叶片与空气的水热交换的影响,因此提出首先做风洞试验研究风对叶片边界层阻抗的影响,然后将所开发叶温计算模型用于卫星数据分析。导师同意了这个方案,并给陈镜明安排了一个室内风洞试验装置。风洞是在实验室内用抽风机产生不同风速的装置,当时系里没有,但为陈镜明建了一个简易的风洞。非常幸运的是当时系里有位讲师Alan Ibbitson在这方面很有经验,他帮陈镜明购建了所有的风洞试验设备和观测仪器。在他的具体指导下,这个崭新的试验进行得很顺利和成功,但也花了一年多的时间。陈镜明同时也挤时间开发了遥感植被温度的模型。当他打算进入卫星资料分析时,Milford告诉他,他的试验部分已经够博士论文了,后面工作可在毕业后再做。最后陈镜明的博士论文只停留在植冠内涡流大小与强度对叶片边界层的影响方面,没有涉及卫星遥感的内容。没想到,论文的外考官曾评价陈镜明的风洞试验的内容足够两篇博士论文。他当时只惋惜没有完成卫星遥感的工作,自己做偏了。毕业后他没有同意留下做博士后,因为他觉得他用了3年半的国家教委的全额资助,有义务马上回国服务。

  1986年回国后,陈镜明在中国科学院地理研究所做博士后,在禹城站开展了一些热红外温度的田间观测,但由于当时的实验条件的限制,只取得了一些小成果。当时他曾惋惜没有在英国留下来做博后,在自己真正感兴趣的卫星遥感方面完成原设想的工作。1989年,陈镜明到加拿大不列颠哥伦比亚大学做博士后。指导老师Andy Black给他的任务是森林微气象,他主要看中陈镜明博士论文在涡流研究方面的经验。陈镜明积极地完成了微气象的研究任务,同时还开发了叶面积指数(LAI)的地面观测和计算方法,在这方面发表了四篇较有影响的论文。

  陈镜明人生的一个转折点是他获得了回到遥感研究领域的一个机会。1993年,加拿大遥感中心资深研究员Josef Cihlar 读了陈镜明的LAI文章后,主动和Black联系,调陈镜明到加拿大遥感中心工作。Cihlar后来成为加拿大皇家科学院院士,他很有远见,认为卫星遥感可以用来提取LAI的空间分布信息。LAI代表植被叶片层数,是对植被结构的定量描述,在气象,气候,生态,水文等研究领域有广泛用途。陈镜明到了遥感中心后,开发了一台新的地面LAI观仪器和全球首例卫星LAI数据产品,算是实现了Cihlar的愿景,也形成了自己的研究风格。

  回想过去的经历,陈镜明觉得自己走过的路并不算顺利。主要是没有机会一直沿着自己最感兴趣的方向开展研究。但他现在感到这种不幸实际上是万幸。没有从博士毕业到去遥感中心工作之前所走过的7-8年的弯路,他就没有机会形成现在的研究风格。陈镜明在走弯路过程中所学到的微气象知识和植冠涡流和辐射理论等,为他日后的定量遥感和陆地碳水循环研究奠定了深厚的基础。

  陈镜明与两位获奖博士生_地球科学_勘测联合网

陈镜明与两位获奖博士生

  在80年代,英国还算是一个科技强国,在气象领域有多位国际大师,陈镜明在读博期间接触了许多前沿的理论和问题,大大开阔了眼界。他当时觉得其实英国大学对博士论文的要求并非高不可攀,但需要有创新。系里经常有各种讲座和学术交流,学术气氛非常浓厚,让陈镜明感到新的研究方法和结果的重要性,也产生了“钻牛角尖”的想法。这使得他在知识还欠缺、未广泛阅读的情况下,选择了叶片边界层作为主要研究方向。因为思想是新的、计划使用的研究手段也是新的,所以得到导师的全力支持。大概这种研究风格很适合英国人的习惯套路,陈镜明的博士论文进展顺利也得到了好评。英国的教育系统对论文的写作有严格的要求,让他得到了系统的训练,得益匪浅。陈镜明的博士论文其中的两篇文章在投到《边界层气象》后,一字不改地就直接发表了。但令人失望的是这两篇文章引用率却很低。现在回想起来原因很清楚:虽然这两篇文章有新方法和新结果,但不是边界层气象的重要发展点,难以引起广泛重视。随着研究经验的积累,陈镜明在后来才感悟到,实际上发现一个新的问题去做研究并不难,难的是发现新的而且是重要的问题,或者说要站在学科发展的高度来发现新的问题就很困难。

  在加拿大做博士后和研究员的时间段,陈镜明开始逐渐成熟。在UBC做博后阶段,除了完成所参加项目的要求外,陈镜明开始思考如何发现一些能产生较大影响的基础性的科学问题。这使得陈镜明能够在多学科共同关注的LAI的观测理论上取得了一些实质性的进展。在加拿大遥感中心,陈镜明的研究任务与他的兴趣相符,同时作为项目负责人,他有很大的自主权,在短短的7年时间内,发表了40多篇论文,其中约有一半已被引用100次以上,还有3篇的引用率已接近1000次。这段时间可以算是陈镜明自主创新最多的一个时期。有幸的是他科研心智的成熟和优越的工作条件同时发生,爆发了井喷式的工作热情和成果。有一些结果当时就引起了学术界的重视,得到了大量的引用。2000年,陈镜明意外地收到多伦多大学地理系主任Joe Desloges的电话,邀请他申请一个教授空缺,随后便应邀去述职。虽然陈镜明当时教学经验还很少,多大还是通过教务长特批破格聘请他为终身正教授。从此陈镜明开始了教学和科研并举的工作方式,将重点转为人才培养。

声明:中国勘测联合网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述,文章内容仅供参考。