近年來，極端氣候越來越頻繁，嚴重影響著人們的生產(chǎn)和生活。它已經(jīng)成為了各國政治、經(jīng)濟、科學等領域重點關注的問題。很多科學家斷言，隨著人類社會工業(yè)文明的大發(fā)展，巨量碳排放造成的溫室效應將造成氣候異常乃至全球變暖;另有一批科學家預測，隨著太陽系在銀河系運行位置的變化，地球即將面臨新的冰川期。一時間，人類未來將面臨怎樣的氣候狀態(tài)成了未解之謎。中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所毛克彪研究員/教授認為，人類現(xiàn)在并沒有足夠的能力去預測和控制氣候變化，科學家甚至還沒有弄清楚氣候變化的真正原因，而人類排放產(chǎn)生的二氧化碳對全球溫度變化的影響其實非常小。通過一系列開創(chuàng)性研究，他提出了以大數(shù)據(jù)思維建立綜合氣候變化模型，以期更好地服務于社會大眾的生產(chǎn)和生活。

毛克彪，博士，現(xiàn)任中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃所研究員(優(yōu)秀青年一級人才)、全國優(yōu)秀科技工作者、茅以升北京市青年科技獎獲得者，湖南科技大學兼職教授、安徽農(nóng)業(yè)大學客座教授，主要從事農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、氣候變化、地表參數(shù)反演、數(shù)據(jù)同化、微波和熱紅外遙感、空間數(shù)據(jù)挖掘及GIS應用等方面的研究;發(fā)表論文近100余篇(第一作者70余篇)、個人專著1本，獲得國家發(fā)明專利6項、國際專利3項、軟件著作權17項。

勇挑重擔，成果突出

2008年中國南方大雪冰凍災害監(jiān)測中，由于雪情復雜導致常規(guī)監(jiān)測算法失效。在國內(nèi)各個國家自然災害監(jiān)測中心無法獲得地面雪災信息情況下，毛克彪研究員應遙感地理學家、中國科學院院士李小文的邀請，參加冰雪災害監(jiān)測工作。他綜合利用自己提出的算法作出的災情圖件提交到了國務院和農(nóng)業(yè)部等相關部門，得到了國家遙感中心領導和李小文院士的高度贊揚，為遙感界爭得了榮譽，為救災提供了有力的支撐信息，凸顯了遙感在大尺度災害監(jiān)測中的作用。

2016年5月毛克彪研究員被授予“全國優(yōu)秀科技工作者”稱號，以表彰他在水熱關鍵農(nóng)業(yè)氣象災害參數(shù)和提出新的氣象變化模型理論思想等取得的一系列卓著成績：(1)在晴空條件下，通過利用近紅外波段估算大氣水汽含量，克服了以往算法需要從氣象站點獲得水汽的困難，提出了地表溫度和發(fā)射率分步反演的新劈窗算法，簡化了反演過程，提高了反演精度;針對多熱紅外波段數(shù)據(jù)，通過建立鄰近波段發(fā)射率之間的關系，克服方程不足的困難，提出了同時反演地表溫度和發(fā)射率的多波段反演算法，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡進行優(yōu)化計算，大大提高了反演精度和算法適用性;(2)首次提出利用先驗知識和人工智能方法直接從遙感數(shù)據(jù)大面積估算近地表空氣溫度反演方法，提高了空氣溫度反演的精度和時效性;(3)通過利用同極化不同頻率微波指數(shù)克服粗糙度的影響，建立了標準極化微波指數(shù)模型，提高了土壤水分反演精度;發(fā)明了一套利用GPS地面反射信號估算土壤水分的儀器和方法，填補了國內(nèi)地面高空估算大面積土壤水分微波儀器的空白;提出利用卡曼濾波迭代優(yōu)化方法估算窄波段、寬波段發(fā)射率及大氣水汽含量，提高了反演精度;(4)提出了全天候的被動微波數(shù)據(jù)的地表溫度反演方法，解決了有云情況下熱紅外無法準確反演地表溫度的難題;(5)通過對全球數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)近年來大氣水汽呈減少趨勢，發(fā)現(xiàn)全球北高緯植被和水汽同時增加，赤道地區(qū)植被和水汽同時減少，從而首次得出全球水汽分布對植被大時空分布方面是起主要決定性作用因素之一的結論;(6)通過對全球溫度，二氧化碳，植被和水汽數(shù)據(jù)分析首次提出地球溫度變化是由地球在太陽系中的軌道能級位置決定的結論;地球上生態(tài)系統(tǒng)(植被物種分布)大的時空分布受大氣水汽時空分布影響很大，同時也是由天體運行軌道位置決定的結論;并在此基礎上提出了建立以開普勒定律和萬有引力定律以及廣義相對論為基礎的全球氣候變化和生態(tài)系統(tǒng)理論模型思想。

以大數(shù)據(jù)思維，建立終極氣候變化模型

針對近年來大部分科學家認為人類燃燒礦物燃料及毀林等導致大氣中溫室氣體濃度增加、硫化物氣溶膠濃度變化和土地利用變化等引起地球氣候變暖，毛克彪認為這些都不是氣候變化的主因。他提出氣候變化研究分成系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)外兩個層次研究，第一個層次研究是指以地球系統(tǒng)為核心的系統(tǒng)內(nèi)研究，比如現(xiàn)在的氣候變化、水循環(huán)和碳循環(huán)等研究，以及提出來的低碳經(jīng)濟發(fā)展模式等等;另外一個層次是考慮其它行星軌道變化導致與地球之間的引力場和磁場變化，從而引起地球系統(tǒng)水循環(huán)(包括大氣水汽，降雨和洋流等等)和地球內(nèi)部巖漿運動異常的系統(tǒng)外研究。從某種程度上講，系統(tǒng)外的變化決定系統(tǒng)內(nèi)的變化。由于星球之間的距離變化導致引力場和磁場變化，從而進一步導致地球在太陽系中所處的能級軌道發(fā)生變化。地球的勢能和動能發(fā)生變化，會通過改變地球內(nèi)部能量的釋放引起海水溫度的變化，比如“厄爾尼諾”和“拉尼娜現(xiàn)象”就是海水溫度周期變化引起的。這是地球外的其它星體周期運動導致引力場或者磁場周期性地發(fā)生變化導致的，這種微小的變化對地球的水循環(huán)影響很大，會引起臺風和颶風等自然災害。目前科學家做的絕大數(shù)研究是系統(tǒng)內(nèi)研究，但系統(tǒng)外的研究更重要。地球的磁場變化是由其本身在天體中運行的軌道所決定的，如果把太陽比做原子核，那么地球只是圍繞太陽轉(zhuǎn)的一個的電子。極端氣候變化事件很可能是由于其它行星或者天體靠近或者遠離導致磁場和引力場發(fā)生變化引起的，特別是那些突然受某種外力作用，比如彗星等星體脫離原來的運行軌道，或者由于運行軌道所需要的能量進行能級躍遷釋放或吸收能量等。地球上的各種物質(zhì)和密度都不一樣，引力和磁場變化引起地球系統(tǒng)局部變化不一致。特別是磁場或者引力場變化驅(qū)動云和大氣中水汽，洋流以及地殼巖漿異常運動，破壞平衡導致發(fā)生自然災害(比如臺風和大范圍降雪以及地震等)。

毛克彪通過對太陽系星體運行軌道(如下圖所示)和全球遙感等數(shù)據(jù)證明：地球溫度變化主要是由地球在太陽系和銀河系中的軌道位置所處能級決定，地球內(nèi)部能夠自我調(diào)節(jié)溫度，人類對地球溫度變化影響不大，特別是二氧化碳的排放對地球溫度的影響只是起到擾動或微調(diào)作用。他舉了一個簡單證明就是地球一天二十四小時溫度變化是由地球自轉(zhuǎn)決定的，每年春夏秋冬溫度四季變化是地球繞太陽公轉(zhuǎn)決定的，更長周期的溫度變化是由太陽和其它星體公轉(zhuǎn)決定，二氧化碳對地球溫度變化幾乎沒有影響。

天體周期運動引起地球氣候變化

大氣中的二氧化碳濃度增加，按照常理大氣溫度升高，大氣水汽飽和度增加，溫度繼續(xù)升高，反復疊加，溫度會持續(xù)增加;然而數(shù)據(jù)分析表明大氣中的水汽含量下降，從而部分抵消了二氧化碳的影響，溫度不是線性上升(如下圖所示)。

毛克彪提出，地球溫度的變化是由地球在太陽系和銀河系中的軌道位置所處的能級決定。當人類釋放大量的二氧化碳導致溫度升高時，地球為了維持自身的穩(wěn)定，就會通過調(diào)節(jié)大氣水汽和其它氣體成分變化或者火山噴發(fā)釋放氣溶膠到大氣中或者冰雪融化或者調(diào)節(jié)海洋底下火山噴發(fā)的大小改變海水溫度，從而使調(diào)節(jié)溫度變化。另外，毛克彪通過分析近年全球植被遙感數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)全球的植被也隨“星體軌道變化-氣候變化-溫度變化-二氧化碳變化-水汽變化”而變化(全球水汽和植被空間變化趨勢如下圖所示)，赤道地區(qū)的植被每年以0.11%速度在減少(水汽在此也減少)，北高緯植被每年以0.17%的速度在增加(水汽在此相應增加)。植物會通過光合作用吸收空氣中CO2和釋放氧氣，以及通過蒸騰作用影響周圍環(huán)境的溫度。植被時空變化受溫度的影響，但同時也在調(diào)節(jié)溫度變化。除赤道地區(qū)外，南北半球植被隨四季變化非常明顯，四季變化主要是由地球位于太陽不同軌道位置決定的。植被時空變化受天體運行軌道的影響可以從我們?nèi)粘Ｉ钪械玫阶C明，植被在晝夜生長差異比較大，這是地球自轉(zhuǎn)造成。另外在不同農(nóng)時種植不同的農(nóng)作物，錯過農(nóng)時將很難豐收。雖然現(xiàn)在大棚可以種植蔬菜，但在不適宜的季節(jié)種植，蔬菜的味道是差異的，這也直接說明蔬菜生長受季節(jié)影響很大，而季節(jié)變化則直接由天體軌道運行位置決定，即植被的生長在很大程度上受天體運行軌道位置影響。從某種程度上講，農(nóng)作物長勢、旱澇發(fā)生、糧食產(chǎn)量等也是由天體運行軌道位置決定。植被大規(guī)模地空間變化人為因素影響很小，不同地區(qū)增加或減少主要是由于星體周期變化，磁場引力變化等引起的。他同時提出地球各板塊運動、地球上生態(tài)系統(tǒng)中每個物種的出現(xiàn)、遷移和消失在某種程度也是由星體引力和磁場變化等因素決定，即由星體運行軌道位置決定。引力場和磁場的變化直接影響到各物種在自然界的生存能力，主要原因是各種物種都是由分子原子構成，都受到引力和磁場的作用。

全球水汽分布變化圖(顏色從左往右表示水汽減少-增加：赤道地區(qū)減少明顯，北高緯增加比較明顯)

全球植被分布變化圖(顏色從左往右表示植被減少-增加：北高緯植被增加明顯，赤道地區(qū)植被減少明顯)

總之，地球在通過某種內(nèi)在方式進行自我調(diào)節(jié)。地球每天的天氣(氣象)和長時間的氣候變化都是一種天文現(xiàn)象，極端天氣是由對地球作用的天體引力大小和方向突然改變或者變化幅度太大引起的。人類在地球系統(tǒng)內(nèi)部的作用是非常小的，特別是人類排放產(chǎn)生的二氧化碳對全球溫度變化影響非常小，只是一個微調(diào)或者擾動作用，從全球平均溫度變化圖可以看到這點。當然，節(jié)約能源和減少大氣污染還是非常必要的，而且人類的劇烈排放二氧化碳或者其它破壞會導致地球內(nèi)部調(diào)節(jié)更加劇烈，自然災害頻率和強度就會增加，從而影響人類生存。

為此，毛克彪提出以大數(shù)據(jù)思維建立終極氣候變化模型：以開普勒三定律、萬有引力定律及廣義相對論為基礎建立一個以太陽或者銀河系為中心的引力和磁場變化模型，模擬各星體軌道位置變化過程中磁場和引力方向變化以及太陽輻射變化怎樣驅(qū)動地球大氣水汽(云)、洋流運動和巖漿運動等引起每天不同的天氣變化，并進一步影響生態(tài)系統(tǒng)時空變化，特別是模擬引力場和磁場大小及方向突變引起地球各個板塊之間相互擠壓(移動)引起地震和火山噴發(fā)，從而更加準確地預報重大自然災害。由于星體運行周期長，人類缺乏觀測數(shù)據(jù)和觀測技術，可以利用地球極端氣候周期變化反推天體運動規(guī)律和發(fā)現(xiàn)新的天體，用大數(shù)據(jù)思維建立大尺度時空氣候變化和生態(tài)物種演化模型是未來地學等領域研究的趨勢。此理論思想的提出為大的時空尺度空間氣候變化和生態(tài)系統(tǒng)模型研究開辟了新的研究途徑和新的學科研究方向，對空間氣候變化和災害預測以及生態(tài)物種時空演化等研究具有突破性的重大意義。

毛克彪這些研究成果發(fā)表在國內(nèi)外刊物上，在國內(nèi)外學術界有較大影響，部分成果參與獲得2項國家科技進步二等獎，2項北京市科技進步三等獎。個人獲得北京市茅以升青年科技獎1項，中國產(chǎn)學研促進獎1項，并被評為全國優(yōu)秀科技工作者。相信隨著研究的不斷深入，毛克彪的創(chuàng)新成果一定能為我們社會的生產(chǎn)和生活做出更大的貢獻。