作者:周成虎
“九一七”大楼,2006年因兴建奥运场馆而拆除,后人再也看不到她的模样。然而,她却见证了中国地理科学与技术发展的光辉历程,也养育了新中国一代又一代地理学家。1960-70年代陈述彭先生在这个雅称中科院“北大荒”的九一七大楼,带领地图室的“红小兵团”完成了代表我国现代地图学最高成就的《中华人民共和国自然地图集》;试办中科院“遥感黄埔军校”,推动了中国遥感事业发展;组建“资源与环境信息系统国家重点实验室”,掀开了中国地理信息科学发展的序幕。作为陈先生的学生和他事业的追随者,我对导师的谆谆教导和悉心关怀,始终铭记在心,谨作此文,永志不忘。
一、首次拜师
1987年初春,在硕士导师汤奇成先生和资源与环境信息系统国家重点实验室的傅肃性先生引领下,我怀着激动和紧张的心情,来到资源与环境信息系统国家重点实验室小白楼,拜见陈述彭先生。一楼铺着红色地毯,大厅挂板上介绍实验室学术发展方向和现代化计算机设备。在20世纪80年初,这可算是一流的研究条件。这样优良的环境正是我期待的研究场所。
陈先生在一楼会议室接见了我。他询问我的学习情况和参与的研究工作,讲述现代遥感和地理信息系统技术的发展,及其在地理科学研究中的地位与作用,还介绍了实验室正在开展的“江河洪水灾情评价与险情预警信息系统研究”项目。我给陈先生送上在《地理学报》发表的初作,表达了师从陈先生攻读博士学位的愿望。陈先生非常欢迎我报考他的博士生,并指出了今后可以发展的方向。临走时陈先生说:实验室就要举办第一届北京国际地理信息系统学术研讨会,你如有时间,可以到实验室帮忙。正是由于这一机会,我进实验室帮助做一些英文翻译和文字处理工作。当时,计算机不多,文字处理工具也不那么好。由于大家齐心协力,这次国际会议举办得非常成功。在会议上,我见到了Jack Dangermond、David Rhind、Duan Marble等国际著名的地理信息系统专家,也亲身感受到陈先生的个人魅力和国际影响力。
会后,我通过了地理研究所的博士招生考试和面试,成为陈先生的第一届博士研究生,同年入学还有闾国年、金荣华和赵俊林三位同门师兄弟。此后,跟随陈先生21载,深得教诲。
二、师者长者
我拜师时先生已近古稀。然而,先生依然精神抖擞,意气风发,极具感召力和吸引力。我参与的第一项工作是“黄河下游洪水险情预报与灾情对策信息系统”研究,是国家科技攻关项目和中意合作项目。陈先生亲自设计总体研究方案,指导我们研究生一步一步的深入,手把手传递其真知。为促成中意合作,陈先生亲自书写和绘制塑料膜片准备报告,向意大利科学家做介绍。陈先生凭借其深厚的地学基础和卓越的地图功底,把黄河水沙和洪灾成因等问题用图片表达得一清二楚,赢得了意大利专家的高度认同,促成了中意国际合作项目。通过这项工作,先生教我们如何做好汇报,如何从复杂的问题之中提取科学内涵和命题。
为推动中巴资源卫星的合作,陈先生不辞劳苦,奔波在中国和巴西两国之间。他成功地推进了传感器研制和应用之间的衔接,实现了技术先进性与应用创新的有机结合。陈述彭先生是中巴资源卫星地面应用系统的总设计师,他从地球系统科学和卫星技术系统的两个方面,系统地提出了具有超前价值的总体设计方案,强调技术创新与应用创新。今天,中巴资源卫星已经进入了新的发展阶段,成为世界上中等分辨率遥感卫星最为重要的系统。大家所遵循的应用系统,依然是按照他当年提出的思想和规划设计的。
陈先生早就倡导开展关于全球变化和区域可持续发展研究,并率先提出了全球变化的区域响应研究。今天,全世界都在谈论地球系统科学、全球变化、区域可持续发展,这些命题在他的专著《全球变化与区域可持续发展》中,都有精辟阐述,特别是关于全球变化的区域响应,先生所提出的十大区域研究,更具有超前性。这也充分展现了先生对中国地理环境的深刻认识。先生多次给我们讲解全球变化的基本知识和前沿问题,引领我们开展典型区域示范研究。
先生做学问是大师,在生活中更是长者风范。初入门下,常听先生介绍方俊先生、黄秉维先生和王之卓先生等老一辈科学家做人做学问的事迹。从言语之中,可以体会到陈先生对前辈学者的敬仰之情。他也常常介绍施雅风先生、陈吉余先生、杨怀仁先生等与他同辈先生的科研工作,介绍他们对新中国科学事业的奉献和所做出的成就。这不仅使我们了解到前辈科学家的科研成就,更让我们感觉到做人的学问。
先生对晚辈更是倾注心血,着力栽培。先生对弟子们的要求非常严格,但每一位弟子都从心里感谢先生的栽培。记得到实验室工作不久,一位师弟中午在计算机上打游戏,先生看到后,给与严肃的批评。后来我们知道,先生每天早晨四点起床,开始工作。到八点上班时,他已进入第二个工作时段。先生的成就与他持之以恒的不懈努力密切相关,做学问,要懂得珍惜时间。
与先生一起出野外是一种高级享受,不仅能够学到知识,更能体会到先生对人生的乐观豁达。2001年底,我们一行七人考察英格兰海岸带,在十天的行程中,访问了七所大学和三个研究机构,沿海岸带行走了1000多公里。一路上,陈先生教我们如何识别古海岸带、如何研究现代海岸带的侵蚀过程等。我们每天早出晚归,先生始终精力充沛。早餐对先生来说非常重要,他牛奶、面包、奶酪、水果等一样不差,尽情享受。晚上回来,老先生和我们一起聊天,小结一天的野外工作,畅谈人生道理,可谓无话不谈,不知不觉就到深夜。离开英国前,英国皇家地理学会宴请陈先生和我们。宴会前,参加一个讲座听一位历史学家讲解马雅文化的兴衰与演变。我们年轻人只能听别人讲,有些还听不懂。陈先生聚精会神听讲,不时提出问题和大家研讨。先生渊博的知识再次给我们留下深刻的印象。
三、地球信息科学思想
(一)中国现代地图学的研究
陈先生用一生织绘大地,对我国地图学的发展做出了不可磨灭的贡献。先生高瞻远瞩,高屋建瓴、交叉融合、综合集成、敏锐洞察、不断创新的地图学思维,是留给我们丰厚的遗产和宝库。综观陈先生地图研究成果,从前期的景观制图,地图综合、自然区划、国家地图集和地学信息图谱,都是将地理学综合思维方法与制图方法有机结合的典范。先生早年提出的“以地理区域为经络,说明各种要素间相互关系之连惯性”研究区域总体特性的观点以及重视“区域各种地理要素之相互影响,与当地的地文与人生之深切关系”的研究思路,始终贯彻并应用到地图认知与地图制图中来,并形成了先生独有的基于地理学系统综合思维方法的地图认知与制图理论体系。这一基于系统论思想的理论体系被高峻院士高度归纳为陈述彭先生的最重要的科学思想,广泛应用于综合制图、国家大地图集设计并延伸到地理信息系统的研究工作中。
为推进地学信息图谱的研究工作,我们于2001年开始中国百万分一地貌图的研究。陈先生给我们仔细讲解了中国地貌的特点,中国地貌图编制的体系和出发点。他提出,地貌是地理景观的基础,对地貌的认识有助于促进整个地理学的研究工作,特别是现代开展的生态环境修复等工作。经过七年多的努力,我们建成了百万分一地貌图数据库,初步形成的百万分一地貌图初稿。在2008年5月份,陈先生在身体非常虚弱的情况下,对图集的每一幅图都认真批阅,提出了一系列珍贵的修改意见。今天,百万分一地貌图集终于问世,可先生却离我们而去,深感悲痛!
(二)中国遥感科学的研究
陈述彭先生开创性地将地学知识和遥感分析融于一体,对中国航空、航天遥感作出了历史性的贡献,是遥感地学分析的先驱。早在腾冲、二滩、天津等一系列我国首创的大规模、综合性、跨学科、跨部门的遥感应用试验中,就吸引和培养了大批的遥感人才,壮大了遥感队伍,拓展了应用领域,促进了遥感的学科化,并于20世纪70 年代末在中国科学院地理研究所首建了遥感二部,嗣后创办了我国第一个遥感应用研究所,遂使我国遥感应用研究蓬勃发展。
陈述彭先生对遥感学科发展具有精辟的见解。早在1954年,陈述彭先生打破传统地图的观念,从空中不同视角和高度俯瞰地球,手工彩绘25幅三维立体彩色晕渲图,在中华书局出版了《中国地形鸟瞰图集》,充分展示中国自然区域的地理景观,在国内引起轰动。其手绘三维立体彩色晕渲图的成图比例、透视效果与实景极为接近,展示了早期的遥感观测和数字虚拟地球的雏形。1998年,美国地理学会为此授予陈述彭教授0.Miller金质奖章,称其为“在发射人造卫星以前东半球第一位创作这种意境地图的科学家”。
1963年,陈述彭先生率领科学小组在海南岛成功开展了1:20万航空像片系列制图的实验。利用1:63000航空全色像片,调制编绘地质、地貌、陆地水文、土壤、土地覆盖和植被等系列专题地图,拓展了航空摄影除测绘地形图之外,在资源调查与环境监测中得到更广泛的应用。为橡胶宜林地选址和热带雨林保护提供了数据和图件,此项研究成果使我国当时跻身于国际先进行列。
1972年,陈先生出访墨西哥,率中国科学院代表团赴墨西哥参加“人类与科学”大会,敏锐地预见航天遥感的发展前景。1975年,陈述彭先生率先在中国引进陆地卫星影像,用于编制1:50万~1:250万比例尺全国影像地图,并彩色印刷1:50万分幅陆地卫星影像图集,在国内外推广,为我国遥感技术的应用起到示范带头作用。
1978年迎来科学的春天,全国科技大会之后,陈先生受方毅同志指派,率代表团赴英国、瑞典考察,提出了在发射国产遥感卫星系列之前,积极开展遥感应用的观点。在陈先生的建议下,遥感应用被列为国家重大科技项目,中国科学院筹建遥感应用研究所。
1978~1985年,陈先生身体力行,他成功组织和实施了我国资源、环境和能源遥感应用的全国性大规模遥感应用示范工程:云南腾冲遥感综合试验、天津城市环境遥感监测和四川二滩水电站遥感试验,开创了我国遥感应用的先河。上述这“三大战役”培养出我国第一批遥感应用人才,也为中科院遥感应用研究所的组建奠定了坚实的基础。
1993~1994年陈述彭先生主持“遥感信息传输与成像机理研究”,组织对复杂自然环境条件下的电磁波传输、大气气溶胶订正、多角定量遥感与高光谱领域的院士和专家共同研究,在电磁波辐射及其传输机理研究、大气订正与地表反射率的定量反演、高光谱与雷达成像机理、遥感信息模型、信息复合与时态分析等诸多方面取得可喜的成果。通过国际同行评价,获中国科学院自然科学一等奖。
1989~1993年间,陈先生担任中国--巴西资源卫星应用系统总设计师,与孙家栋总设计师前往巴西介绍中国遥感卫星应用的实践经验。他提出了《应用系统智能化总体设计方案》,主持研制了一系列规范和标准软件,并付诸实施。中巴资源卫星的双边合作被誉为发展中国家“南南合作”的典范。
1992年,陈先生与陈芳允院士合作,在美国华盛顿举行的空间科学大会上,提出发展微小卫星星座的倡议,掀开了国内外开发微小卫星的序幕。陈先生在大量统计、计算工作和经验总结的基础上, 亲自绘制了一张各种灾害所需重复观测周期以及与分辨率之间的关系图。根据此图, 设计了具有中等分辨率的每天两次重访周期的7 颗小卫星系统。该系统方案一经提出, 即受到世界同行的认同。陈述彭先生还不断对这张图精心修改,使之具有更为广泛的用途。小卫星星座方案是地学与航天遥感两个学科很好结合的产物。
(三)中国地理信息科学的研究
1980年,正当我国遥感事业蓬勃发展,先生以他敏锐的洞察力和高瞻远瞩的战略眼光,主持建立了我国第一个地理环境信息研究室,揭开了我国地理信息系统研究与应用的序幕。1983年,他发表了‘地理信息系统的探索与试验’一文,提出了地理信息系统的3个基本构成—地理基础、标准化和数字化、多维结构,进而论述了地理信息系统的3个基本特征:区域综合能力、动态预测功能、地理学的第3代语言。这是在我国地理信息系统起步阶段,对其结构、体系、功能的高度概括,并初步确定了我国地理信息系统的发展方向。同年,陈先生主持完成的《资源与环境国家信息系统规范报告》,被认为是我国地理信息系统及其标准化的纲领。
1985年,在国家计委的支持下,陈先生筹组“资源与环境信息系统国家重点实验室”,并于1987年获得批准,对外开放。这是我国地理信息领域的第一个国家重点实验室。他没有沿用当时世界通用的‘地理信息系统’这一名称,而用了‘资源与环境信息系统’。对于这一名称,先生解释道,地理信息系统的研究与应用,必须为解决资源问题、环境问题、资源开发与环境保护问题,乃至全球变化与区域发展问题服务,这是国家需求。这是他作为科学巨匠的战略思考,也是对我国地理信息系统发展的战略定位。
在先生的领导下,二滩电站水库淹没信息系统、黄河下游洪水险情预报信息系统、黄土高原信息系统、黄河三角洲冰凌险情预警信息系统、长江中下游及洞庭湖堤垸信息系统等一批我国早期的地理信息系统相继建立,迎来了中国地理信息系统研究和发展的高潮。
先生认为,经历过几个世纪的努力,地理学致力于地理现象的定位、定性与定量的分析研究,而只有现代化的地理信息系统,才达到了比较完善的境地。他从地球系统的高度,系统地提出了地理信息系统的理论方法、技术体系和应用实验研究的方向。先生特别重视对地学过程的模拟,强调地学过程的模拟预测是地理信息系统的核心,只有做到模拟预测,才能服务于国家的科学决策。他指出,要根据地理系统建立动力学模型,进行动态数学模拟和预测,从而减少物理模拟的盲目性,提高宏观决策与工程设计的效率与水平。对于地理学研究来说,就摆脱了描述和静态分析的困境,获得了模拟与预测的自由,毫无疑问,这是地理学研究方法的质的飞跃。通过对地理现象或实体在空间格局、时间上的演化过程、系统界面间的耦合模式、及系统间的相互作用模拟,结合变化发展规律,并对其发展趋势进行观测与虚拟。多维动态、区域综合、系统耦合、过程集成等学术理念和方法,逐渐发展成为今天地球信息科学的研究体系。