文/高妍 陳碩

從陸地到海洋，到天空，再到太空，隨著社會的進步和需求的增加，人類的探索視野越來越開闊。人類不斷摸索、改進科學技術(shù)和方法，再依靠它們了解世界，以便更好地生存與發(fā)展。

測量，人們研究地球形狀、大小、確定地面點位的古老學科。遙遠的年代里，人們用腳步丈量大地，用眼睛觀察日月星辰。如今，空間定位、激光測距、衛(wèi)星重力和衛(wèi)星遙感，空天地一體化，人們獲得地理和空間信息的手段和技術(shù)高端了許多，人們眼中的世界也從黑白變成彩色、二維變成三維和四維、靜態(tài)變成動態(tài)。

得益于全球定位系統(tǒng)（GPS）等衛(wèi)星技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的大地測量學突破空間局限，一躍升級為以空間大地測量和遙感為主的現(xiàn)代大地測量學。這一過程中，一大批年輕有為的科學家涌現(xiàn)出來，逐漸成長為這一領(lǐng)域的中流砥柱。中科院上海天文臺研究員金雙根，就是其中的佼佼者。

2012年5月，金雙根在“第三屆中國衛(wèi)星導航學術(shù)年會”上介紹了一項最新的研究成果：他通過利用我國GNSS（全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)）觀測網(wǎng)，研究并逆推出了2008年汶川地震震前、同震和震后的大氣異?，F(xiàn)象，并在國際上首次提出了GNSS大氣地震學概念。

金雙根介紹，通過觀測研究，他們發(fā)現(xiàn)了明顯的震前和同震電離層擾動，其同震電離層擾動傳播方向與地震破裂方向一致，原因主要為地震破裂后引發(fā)大氣聲波和重力波向上傳播，引起電離層擾動。同時，他還首次發(fā)現(xiàn)低層同震大氣擾動，主要體現(xiàn)在干延遲上，而這與地表氣壓觀測相一致，從而進一步論證了地震發(fā)生激發(fā)大氣聲波和重力波從地面向高層大氣傳播，引起低層大氣質(zhì)量和高層電離層電子含量變化。

之后，金雙根又帶領(lǐng)團隊開展了進一步的研究，他們選擇了100個地震案例 ，從統(tǒng)計學的角度分析地震擾動電離層的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)：同一深度，地震能量越大，引起的地震前后電離層擾動越明顯，且可通過大氣擾動規(guī)律推測地面破裂的大致范圍；地震前后異常的發(fā)生，與地震斷層類型、深度以及地震發(fā)生地的地質(zhì)構(gòu)造屬性都有關(guān)系。

但他也同時強調(diào)，由于是震后研究，所以一切還處于推測階段。“我們只是在事后發(fā)現(xiàn)了這樣一種現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)地震和電離層擾動之間存在某種關(guān)聯(lián)。但可能引發(fā)大氣電離層擾動的因素有很多，錯綜復(fù)雜，要真正找到由地震或地表引起的電離層擾動，還有很長的路要走。”

他表示，下一步將針對不同的地震類型，進行異?，F(xiàn)象分析。這其中最大的挑戰(zhàn)有兩方面：一是怎樣分離，也就是要將地震引起的異常和其他現(xiàn)象引起的異常分開；二是怎樣理解，即在確定哪些是地震引起的異常后，進一步研究它們之間的耦合機理。只有做到這兩點，才能對今后的實際地震預(yù)報或預(yù)警產(chǎn)生價值，現(xiàn)在談?wù)撨@些還為時過早。

金雙根1999年考入中科院上海天文臺攻讀研究生，2003年獲得理學博士學位。2004年，他抱著學習先進、領(lǐng)略新知的心態(tài)出國，先后訪問、求學和任職于澳大利亞新南威爾士大學、韓國天文與空間科學研究院、韓國科學技術(shù)大學、比利時皇家天文臺、美國Texas大學空間研究中心。多年、多家優(yōu)秀教學與科研機構(gòu)的歷練，不僅使他積累了豐富的科研工作經(jīng)驗，更培養(yǎng)出了他國際化的研究視野和敢想敢干的創(chuàng)新精神。

金雙根（右三）訪問捷克大地測量觀測臺

研究團隊主要人員

訪問比利時皇家天文臺

多年來，他長期從事衛(wèi)星導航與GNSS遙感、衛(wèi)星遙感與氣候變化、空間行星探測與動力學等方面的研究，并取得了多個創(chuàng)新性研究成果，對高精度GPS導航定位、基礎(chǔ)測繪、時空基準、大地測量科學、空間環(huán)境與氣候變化等的研究與應(yīng)用具有重要價值。

“簡單來講，就是分析從GPS衛(wèi)星到地面接收機間各種媒介誤差源和挖掘各種GPS有用信號，圍繞GPS定位理論與模型，提高GPS定位精度和開發(fā)GPS創(chuàng)新性應(yīng)用做了一些工作?！苯痣p根介紹，要提高GPS定位精度，只提高各種算法和硬件觀測遠遠不夠，還必須進一步精化各種誤差糾正模型，提高隨機模型與地表地球物理模型等。為此，他們修正開發(fā)了新的GPS定位隨機模型，更好地描述不同高度角、通道、質(zhì)量等時空相關(guān)性，改變傳統(tǒng)等權(quán)處理戰(zhàn)略，將剩余殘差納入隨機模型，再來求解提高GPS定位精度。結(jié)果證實，GPS定位精度提高了30%，特別在垂直方向上，已被國際GPS用戶使用。而在建立地球物理模型方面，則通過結(jié)合不同的觀測資料進行研究，如聯(lián)合衛(wèi)星測高和衛(wèi)星重力等資料建立海潮模型和地球物理負荷模型，來糾正GPS定位誤差，提高其定位精度。

眾所周知，GPS系統(tǒng)具有全天候、高精度、連續(xù)觀測等特點，它的這些優(yōu)越性使其具有非常廣闊的應(yīng)用前景。導航、定位、授時，這是提起GPS時，人們想到最多的應(yīng)用方式，而金雙根說，他們所做的，是從GPS的同一個觀測值中挖掘出除此之外的新的應(yīng)用和潛能。

近年，金雙根始終把握GPS技術(shù)研究國際前沿，他們發(fā)現(xiàn)GPS通過電離層等媒質(zhì)的時候會產(chǎn)生延遲，就利用這個延遲開展空間環(huán)境、氣象學等方面的應(yīng)用研究，即GPS遙感大氣；同時，他們開展GPS海洋遙感研究，利用GPS機載衛(wèi)星接收反射信號提取海洋表面信息，如海浪、風向、風速等，為探測和預(yù)警海嘯鋪路；他們還利用地表面反射GPS信號遙感探測土壤濕度、冰雪厚度等，從而為水文、氣候和農(nóng)業(yè)等研究提供數(shù)據(jù)支撐。

此外，他們還與美國德克薩斯州立大學空間科學研究中心合作開展研究，利用GPS精密定軌、測距儀和加速儀探測資料等獲得重力變化，進而監(jiān)測大地水準面和地表流體質(zhì)量的變化。比如他們探測青藏高原、南北極、格陵蘭島的冰雪融化，發(fā)現(xiàn)冰雪的長期和加速變化及其年季變化等特征；探測我國地表水和地下水的變化，發(fā)現(xiàn)華北的干旱、地下水開采嚴重等問題；探測海洋，了解海平面變化及其原因；探測質(zhì)量變化研究地震異常，等等。

“GPS系統(tǒng)具有很大的發(fā)展?jié)撃芎蛻?yīng)用市場，但這些仍不夠成熟的東西如何實現(xiàn)產(chǎn)品化，走上市場，還有很長的路要走。我們也在一步步向前推。”

2010年，金雙根入選中科院“百人計劃”，放棄國外優(yōu)厚的工作條件和穩(wěn)定的生活，帶著提高中國科技影響力、加強國際學術(shù)交流、培養(yǎng)本國優(yōu)秀人才的愿望回國。

回國后，他充分利用自身的資源和優(yōu)勢，不僅承擔了一系列國家重大研究課題，還積極主持開展了多個國際合作項目，比如歐空局Category-1項目—InSAR，GPS和重力監(jiān)測中國西南部氣候系統(tǒng)變化和動力學模擬；中俄合作項目—利用最近空間探測器遙測月球地形和塵埃大氣層等。

為了讓中國的空間大地測量技術(shù)融入世界，金雙根先后組織舉辦了“國際GNSS遙感會議”、“國際空間大地測量與地球系統(tǒng)會議”等，吸引了二十幾個國家和地區(qū)的眾多領(lǐng)域內(nèi)專家、學者參加，加強了中國與世界的溝通與交流。

不僅如此，他還擔任著國際行星科學協(xié)會副主席、國際大地測量協(xié)會分委員會主席和研究組主席、全球海外華人GPS協(xié)會理事，他是多本國際雜志的主編或編輯，多次擔任國際會議或分會的召集人、主席，并多次受邀作專題報告。

2011年7月，金雙根榮獲國際大地測量協(xié)會的最高學術(shù)榮譽—會士（Fellow）頭銜。而這一擁有百年歷史的學會的宗旨，正是通過國際合作，促進大地測量學的發(fā)展。在這項榮譽面前，金雙根實至名歸。

從地下到地上，從陸地到海洋，從地面到天空，從地球到地外，金雙根和他的伙伴們無所不在，他們以不懈的努力迎接困難，以積極的心態(tài)應(yīng)對挑戰(zhàn)，以不屈的信念堅守未來?？臻g大地測量學—這個廣闊而神秘的“領(lǐng)地”，等待著更多的金雙根盡情書寫、快意翱翔。