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。

  陈镜明在微气象塔上安装遥感传感器_地球科学_勘测联合网

陈镜明在微气象塔上安装遥感传感器

  总的说,通过发明观测仪器、开发遥感算法、建立综合自下而上和自上而下的研究方法,陈镜明的团队形成了一套独特陆地碳水循环的研究体系,在叶片、冠层、景观、区域和全球尺度的研究上都做开拓性的工作。

  值得一提的是陈镜明在国内也做了一些具体的工作,主要有两个方面:

  1. 2002-2006年,作为“应对气候变化:增强中国碳汇潜力”的中国-加拿大合作项目的首席科学家,陈镜明领导约100 人的团队开展了中国森林碳汇潜力的研究工作。该项目引进了陈镜明的叶面积指数观测仪器、鱼眼照相技术及BEPS和InTEC模型。这些模型在中国5个区域得到了实证,成功地计算了全中国1 km分辨率1900-2000 年的森林碳源汇分布并预测了未来100 年的趋势,被中国国家发改委列为一个重要的参考结果。这个项目在中国推广了研究模型与仪器(已有30多家单位使用),培训了130多位中国年轻学者和学生,许多项目骨干现已成为中国碳循环研究的领军人物。

  2. 2010-2014年,他作为中国科技部全球变化重大科学研究计划项目“全球不同区域陆地生态系统碳源汇驱动机制和优化计算研究”的首席科学家,领导开发了中国第一个具有自主知识产权的全球碳同化系统,为近实时地追踪全球不同区域的碳源汇提供了一个重要的手段。与国外少数同类系统相比,该系统在利用地表遥感资料、生态系统模拟和同化方法等方面均有显著优越性,也是能同时优化碳通量和生态系统模型参数的少数系统之一,起到了引领方向的作用。该项目培养了一大批中青年研究骨干,填补了中国在碳循环大气反演和陆气同化研究方面的空白。2014年在徐冠华院士的领导下,他同吴国雄院士、吴立新院士、葛全胜研究员共同起草了中国科技部全球变化研究的13五战略规划。

  不畏险阻敢于创新

  事实上,陈镜明在科研方面总体还算顺利,但也感觉到新的理论和结果常与“常识”相悖,要有一段时间才能被广泛接受。有的时候还会触及个别学术权威的威望,受到阻碍,但这些都是暂时的。

  陈镜明在1992年发表了一个新的普适于针叶、阔叶等各种叶片形状的LAI定义。在1993年,陈镜明参加了由美国宇航局(NASA)主持的加拿大北部森林碳水循环的大型国际联合试验,有多个国家100多个团队参加,并且几乎所有团队都要用到LAI数据。在项目纲要讨论会上陈镜明介绍了他的LAI新定义,当时就有不少人反对,因为与“常识”不同。陈镜明在会下与几个人沟通,但都不顺利。还好当时的学术权威John Norman弄懂了他的定义的原理,建议将这一定义和解释写进整个项目的指导大纲,最后统一了认识。大约在10年后这一定义才被学术界广泛接受。

  陈镜明与学生在28 米高的微气象塔上合影_地球科学_勘测联合网

陈镜明与学生在28 米高的微气象塔上合影

  在1997年,陈镜明利用遥感LAI和森林覆盖面积资料,结合长期气候和森林清查资料,初步估算了加拿大森林的碳循环状况,发现加拿大森林是不小的碳汇(从大气吸收碳),与加拿大工业碳排放量相当,这与当时加拿大林业局已成定论的加拿大森林是碳源(向大气释放碳)的结论相悖。当时这个结论已被广泛接受,因为气候变暖,北部森林在80和90年代火灾和虫灾的频率和面积增加很快,向大气释放了大量的CO2,所以应是碳源。但陈镜明的计算表明,正是由于气候变暖,整个加拿大的生长季在上世纪延长了一周左右,同时大气CO2的浓度和氮沉降的增加也促进了森林的生长,所以那些没有被火灾和虫灾扰动的绝大多数森林的生长量在大量增加,这个增加远远超过了小面积被扰动森林的碳释放量,使得加拿大森林作为整体是碳汇而不是碳源。陈镜明将这一初步结论告诉顶头上司Cihlar以后,他将其层层上报到自然资源部部长,引起了重视。陈镜明应邀给部长执行委员会做了一个特邀报告,解释他的碳汇计算的根据。当时正处于京都碳减排国际会议的前夕,部领导特别重视,责令两个部属单位林业局和遥感中心开一个研讨会。会议仅由双方直接有关的科学家和领导参加。令陈镜明所料不及的是林业局的两位权威科学家对他的9个计算步骤的每一步都进行不太友善的质疑,而不是从科学原理和不确定性角度进行讨论,会议从晚8点开始一直延续到凌晨2点,最后不欢而散。又在部长的责令下,他们联合组织了一个全国专家讨论会,双方都邀请了国际专家参会。会议的结论是陈镜明的方法比林业局的方法更全面,考虑的因子更多,但也有很大的不确定性,值得继续发展。从那以后,陈镜明的研究团队得到了自然资源部的大力支持,在这方面发表了一系列有影响的论文,从不同角度计算和验证加拿大森林是碳汇的结论。陈镜明领导开发的嵌套式的全球大气反演系统最初的出发点也是要用大气CO2浓度观测独立验证加拿大是碳汇的结论,其结果后来得到了许多其他国家后续研究的支持。现在加拿大森林碳源汇之争已成历史,其中一位林业局权威已退休,另一位在十年前主动要求与陈镜明团队合作并采用他们的计算模型。他们的模型后来也被美国林业局选为业务运行模型。

  在陈镜明看来,科研的目的就是创新,每篇文章都有创新,涓涓细流汇成澎拜的江河湖海,每篇文章都或多或少对科技的发展有所贡献。不过原创性的文章只是其中的少部分,大多数是对前人的理论或方法进行改进和补充,因为原创性的工作实际上很难。如同陈镜明博士论文选题一样,许多人没有足够的时间和耐心去探索对学科发展有重要意义的新问题,同时每个人的研究还受到科研条件、项目需求等条件的约束,这些都会影响科研创新。

  每个人的创新能力与个人的天资和教育有关,但也可以在后天得到培养和提高。个人的创新能力的发挥与科研体制密切相关。在过去的十几年,中国在国际学术刊物上发表的论文在高速发展。从2000到2014年,中国的SCI论文总数增长了四倍多,达到了26.35万篇,并在2009年成为仅次于美国的SCI论文发表总量的第二大国。同时文章的质量也有大幅度提高,总引用量排在世界第四位。以SCI论文总量、专利总量和论文引用总量为计算标准的创新指数中国也排到了第三位。这说明中国科研机构和大学的创新能力已有了大幅度提升。这可能得益于我们把发表SCI论文作为评价研究员和教授科研成果的一个重要标准。现在许多单位不仅重视数量,还更重视质量,体现了我们科研环境在健康发展。

  陈镜明指导学生做鱼眼照相曝光测定_地球科学_勘测联合网

陈镜明指导学生做鱼眼照相曝光测定

  有感于最近国内学术界对科研评价标准的争议,陈镜明提出以下几点供讨论。(1)SCI论文是对科研创新的必要的评价标准。SCI论文的发表过程实际上是同行的审核过程,在不同影响因子上发表的文章较为准确地体现了文章的质量和水平。虽然这个标准有许多不足之处,但很难找到更适合的标准。(2)SCI论文不应该作为评价科研工作的唯一标准。在国内,有许多科研岗位实际上以开发和应用为主,如计算机模型的开发、实验室技术工作、野外试验站工作和资料采集等,他们的工作主要是协助科研创新,或将科研成果转化为产品等,如果对这类科研人员仍以SCI 论文来衡量,势必影响他们的工作热情、破坏原来合理的科研团队结构。为了加强科研院所和大学研究机构的总体创新能力,应该对非主要研究系列的人员设置不同的岗位,使得分工明确、评价合理、各尽所能。但我们不能因殪废食,把对一个标准的不合理使用作为废除该标准的理由。(3)除了SCI论文以外,还应该考虑各种特殊情况,比如有一些基础研究需要较长的时间才能有重要的突破,对这种类型要有特殊的评价标准,这样可避免以SCI论文为主要标准所可能带来的急功近利、不图持久的科研取向。(4)现在影响因子高的期刊绝大多数是国外英文期刊,有些人因此认为中国人在这些期刊发表文章等于把我们的科研成果白白送给他人。陈镜明认为这是极为短视的想法。且不说SCI论文是评价科研成果不可缺少的公正标准,它还是我国科研与国际接轨的重要手段。科学没有国界,是全人类的。中国近40年的快速发展得益于世界科技的发展,得益于那些公开的已发表的文章,难道我们不应该有相应的贡献?不同国际接轨,然道我们14亿人口能够比全球其他61亿人口更有创造力?当然,随着我们科技水平的提高,我们也应该发展自己的期刊,对全球的科研发展起到应该有的引领的作用。

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