潘德炉:巡天看万里海

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  潘德炉,1945年12月26日出生于浙江东阳,海洋遥感专家,中国工程院院士,国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋动力环境学国家重点实验室研究员。其主要学科研究方向为遥感模式识别和应用。潘德炉先后获国家科技进步特等奖一次,国家科技进步二等奖一次,省部级科技进步特等奖一次,一等奖五次。2000年获国家科技部“863”项目重要贡献奖;2002年获国际光学工程学会遥感科学成就奖。
  科学创造的机缘,总是偏爱善于积极探索和思考的人。生活中的鸟语花香、顺境逆境,都可能触发一个有创新创造眼光人的灵感,成就他一番令人钦佩不已的事业。有一名海洋科技工作者,由海鸥捕鱼转而深入思考,开创了我国卫星海洋遥感事业。他就是国家海洋局第二海洋研究所研究员、中国工程院院士潘德炉。

因晕船萌发创新思维


  潘德炉成长为中国工程院院士,是经历过一个逆境奋斗的曲折过程的。这位南京理工大学毕业的高材生,却曾做过仓库管理员,令人难以置信!
  潘德炉本来在国防科工委某研究所工作,但为解决夫妻分居问题,于1977年8月调至国家海洋局第二海洋研究所,接任了一份必须出海的工作——研究船上绞车自动控制仪器。
  蔚蓝的大海,瑰丽多姿,他一向喜欢这一海上风光。但他第一次出海就出现了问题——从宁波到桃花岛附近仅40多千米,他就因晕船而呕吐了,继而开始吐血,船只得中途停航把他送回岸上。他在家休养了一个多月后,仍然会产生人在船上摇晃的错觉。一段时间后,恢复健康的他又再次出海,但接连三次都晕船。所主任对他说:“看来,你还是有些难以适应,调整一下岗位吧。”海洋研究所的主要任务就是研究海洋,除此之外便是后勤辅助性工作,于是他只得当起了仓库管理员。这份工作就是把所里的电子器材妥善地按照定置管理的要求,放到相应的地方,收货、发货并做好相关记录。
  可潘德炉的理想并不在这份简单轻松的工作上,他是要做科学研究的。他知道,知识总是有用的,学到的知识和技能,大火烧不了,洪水冲不掉,贼人也偷不去。
  这次痛苦的出海经历触痛了他,而从学生时代就爱思考的他由此觉得,坐着船到广阔的大海上去一个点一个点地测温度、取海水样品,再带回实验室仔细分析,太耗费功夫!况且当船离开时海水的温度和成分已经发生变化,难道没有其他办法了吗?他想起海鸥可以从高处直接俯冲下来,准确无误地抓住一条鱼。那我们观察海洋,不也可以从高空进行吗?于是他就利用做仓库管理员比较空闲的时间,跑到图书馆去查找有关从高空测量海洋的资料。功夫不负有心人,他了解到美国用人造卫星观察海洋能观测几千千米海域。这让潘德炉兴奋不已。当时我国在利用人造卫星观测研究海洋方面還是一片空白,而他以前任职国防科工委某研究所时,就是从事研究卫星连接器的。于是,他就想从事卫星海洋遥感研究。

机遇青睐有准备之人


  1983年的一天,他在仓库分发铝泵时,突然注意到一张通告:招聘出国研修生,要求进行英语笔试和口试。他觉得机会来了。但当他到所主任处报名时,主任笑着说:“你刚调过来,未参加过英语培训,而他们已培训一年了。”潜含的劝告意味很是明了,但主任见其非常自信,也就同意了。最终潘德炉的综合成绩在考试的20多人中进入了前3名。原来潘德炉从未放弃学习英语,并由此打下了深厚的英语功底。之后他通过考试,被选为出国研修生时,潘德炉选择了有卫星遥感研究室的加拿大海洋科学研究所。1985年3月,潘德炉正式赴加拿大研修2年。
  1987年3月,潘德炉学成归国,费尽周折带回的是近百斤重的50多个珍贵的遥感卫星磁盘资料。为了省钱,他没有雇挑夫,而是自己临时找了根棍子,挑着这堆资料辗转回了家。回来后,潘德炉在研究所的一幢楼顶建起了一个海洋卫星地面接收站。
  1987年,美国发射了第2颗海洋遥感卫星。潘德炉设法把美国的卫星资料接收了下来,却无法解读。燔德炉又与美国宇航局联系,结果对方提出了接收美国卫星资料的4个条件:一是要用美国的黑匣子接收,半个月后由美方提供一个24位数的密码解读;二是只能用美国的软件处理数据;三是处理后的资料只能用于科研,不能用于生产经营或其他领域,特别是不能在军事上应用;四是接收到的资料需到美国归档。潘德炉想着没有其他办法,只好答应下来。
  海洋卫星地面接收站接收下来的资料,在经过美国软件处理后,他发现我国沿海地区由于海水混浊,在图像显示中难以分辨海洋和陆地。用专业术语讲,他是遇到了“海洋复杂水体的水光学遥感辐射传输参数反演难题”。对此,潘德炉花了3年时间,创新性地提出了“用固有光学量代替表观光学量的非光化物质的海洋遥感反演模型”。该模型可应用于我国沿海浑浊度比国际上高出10倍的高浊度水体,反演精度显著提高,误差明显降低。
  潘德炉又针对大气校正难题,建立了国际领先的综合考虑海洋-大气耦合、粗糙海面与偏振特性的遥感辐射传输模型和基于蓝紫光波段高浊度水体的大气校正模型,在近海复杂水体应用中替代了国际上基于近红外波段的大气校正模型。该模型成功解决了美国宇航局和欧空局等国际标准算法在我国近海水体遥感资料处理失效的难题,使遥感资料利用率从45%提高到99%以上。基于蓝紫光波段的高浊度大气校正模型,后被国际最为权威的海洋水色遥感组织(IOCCG)作为国际大气校正的标准模型之一,并成为国际上处理静止海洋水色卫星的主导性推广模型。
  美国著名海洋遥感学家詹姆士博士和加拿大著名海洋生物学家普拉特博士在IOCCG 2009年会等国际会议上多次提到中国学者提出的海洋-大气耦合矢量辐射传输模型、浑浊水体大气校正模型和生化参数遥感反演模型。认为这些模型发展了海洋水色遥感,是对世界海洋可见光遥感的重要贡献。潘德炉的研究成果在《Scientific Report》、《JQSRT》等国际权威期刊上发表,还出版了《海洋水色遥感机理及反演》等专著,并获2009年度浙江省科学技术进步奖一等奖和2013年度国家科技进步奖二等奖。   当年,美国大使得知此消息后,专程与美国海洋局局长一起到国家海洋局第二海洋研究所拜访潘德炉,表示希望和潘德炉合作研究海洋卫星遥感领域的相关技术。
  潘德炉在遥感领域的研究不仅限于海洋遥感技术,还包括遥感卫星技术。他瞄准自主海洋卫星论证、设计和研制的技术跟踪和效能预判需求,在国际上率先提出图像综合信噪比的概念,研制了我国首套海洋太阳同步轨道可见光遥感卫星应用效果仿真系统,实现了卫星上天前遥感图像质量和卫星资料利用率的预测,有效降低了卫星发射后资料失效的风险。
  该成果后来成功应用于我国海洋系列卫星、气象系列卫星、“神舟三号”飞船、台湾ROCSAT卫星等,同时也推广应用于美国、日本、韩国等国的卫星,在国际遥感界产生重大影响。该成果在2002年经专家鉴定为“国内首创、国际领先”,先后荣获2002年国际光学工程学会(SPIE)遥感科学成就奖(个人),2003年国家科技进步奖特等奖和浙江省科技进步奖一等奖,2016年又荣获中国光华工程奖。
  针对我国自主海洋卫星入轨后出现的故障和资料处理问题,潘德炉发展了海洋卫星几何与辐射一体化的校正技术,保障了自主卫星业务化运行;他还牵头解决了自主海洋卫星以及“神舟三号”飞船遥感器无星上定标系统的难题,解决了由于HY-1A卫星K镜停转引起图像错位和旋转难题,解决了HY-1B图像中严重的条带和偏振响应等资料难题。他使卫星和飞船遥感器的辐射定标精度,从原来的相对误差85%降低到5%,保证了我国自主海洋卫星长期稳定的业务化运行。

开拓惠民的卫星海洋遙感事业


  潘德炉认为,无论什么技术,归根结底是为了直接或间接服务大众、造福大众的,因此,海洋卫星遥感事业也要立足于服务百姓。之前因为利用国外的卫星来接收资料而受到他国限制,自从有了我国自行研制的卫星后,潘德炉便开始竭力推进为民服务项目。原先,舟山渔民判断海上哪里有鱼主要凭经验:一是看水。观察水下的生物资源是否丰富。二是听音。不同的洋流声音是不一样的,何种洋流中生存鱼是很有规律可循的。但这会耗费很多时间、精力,所以有时渔民们就跟在日本人后面捕鱼。当潘德炉把海洋卫星遥感资料提供给他们时,渔民们开始不为所信。后来,有渔民按此资料捕鱼,收获比以往丰硕得多。其他渔民便也开始主动向他索要资料。在潘德炉的指导下,他们在渔船上建起了卫星接收站,从此结束了跟在日本人后面捕鱼的历史。
  潘德炉还瞄准浙江沿海实时海洋水质环境监测的需求, 研发了我国第一个基于海洋卫星遥感的浙江沿海水质、赤潮和CO2等业务监测系统,拓展了我国海洋卫星遥感应用的新领域。浙江省沿海水质恶化,氮、磷超标;赤潮占全国赤潮发生总次数的70%;传统船只和浮标测量无法满足沿海水质恶化与赤潮灾害发生实时监测要求……针对这些问题,潘德炉在浙江省科学技术厅攻关项目的支持下,研发了“长三角沿海水质遥感实时监测与速报系统”。自2005年系统业务化运行以来,水质分类监测平均精度可达89%~92%,实时监测赤潮发生的中心位置和面积的精度在80%以上,赤潮种类的监测精度达90%。与传统监测技术相比,监测成本降低到1%,监测频率提高了100倍,性价比提高了万倍,保证了浙江省沿海水质、赤潮灾害实时监测的业务化。该成果也成功推广到全国应用,已成为我国业务化海洋水质监测和赤潮速报的重要平台,为浙江省的海洋事业发展作出了重大贡献。同时,该技术通过国际海洋水质遥感培训班,已推广到美、法、英、德、日、韩等11个国家应用,并斩获1999年国家海洋局科技进步奖一等奖和2009年浙江省科技进步奖一等奖。
  基于该成果,潘德炉又瞄准了军民海洋环境监测的需求,开发了我国第一套具有自主知识产权的,以自动和定量为特色的一体化卫星海洋遥感综合应用系统。目前它已在军民多个部门长期稳定运行,并在环保部和国家、省、市三级海洋部门、环球大洋考察船、南北极地考察中得到业务化应用。自2009年4月20日起,该系统已业务化应用于央视新闻频道《海洋预报》节目,以及海洋国防事业中。该成果先后获得了国家领导人和遥感领域专家的高度评价,并荣获2013年国家科技进步奖二等奖。
  在国家908专项的支撑下,潘德炉作为总项目的指导专家,瞄准了浙江省海岛种类多、数量大(占全国40%)的特点,直接指导建立了浙江省卫星遥感、航空遥感、水体测量、地面调查四位一体的海岛资源环境调查技术体系,首次实现以遥感为主的大规模海岛资源环境调查,摸清了浙江省海岛“家底”,编制了迄今最完整的《中国海岛(礁)名录》,为浙江海洋战略提供了重要基础支撑,并推广到全国各个沿海省市的海岸带与海岛环境及资源调查中应用,荣获2014年国家海洋局海洋科技成果一等奖和浙江省科技进步奖二等奖。
  潘德炉开拓的海洋卫星遥感事业,充分体现了创新的重要性。创新不仅是一种理念,也是一种方法。现代科技单打独斗的时期已经过去,如今的科研更需要的是团队的合作,因此他也十分重视团队的培养。作为博士生导师,他在指导学生时说:“一个人应该做点什么事?主要做三件事:一是要做人家想不到的事;二是做人家想到,却不敢做的事;三是做人家已经在做,但总是做不好的事。”三件事都需要一种独具慧眼的创新精神。潘德炉走过的道路正说明,科技创新是一个国家、一个民族发展的重要力量,是时代进步的灵魂!
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