李老師，您的學(xué)生們、您帶出來的這支隊(duì)伍會(huì)一如既往地不懈努力，和您一起探索科學(xué)的奧秘，求解遙感的難題，響應(yīng)社會(huì)的需求。您的學(xué)術(shù)思想會(huì)吸引更多有志于此的學(xué)者和青年學(xué)生加入這個(gè)行列，創(chuàng)造您期望的更多輝煌，向您匯報(bào)，與您分享。

李老師，您好！

有件事情，向您請教。

最近，常常看到，您最親近的學(xué)生們將“幾何光學(xué)”和“尺度”作為集中表達(dá)您的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)的關(guān)鍵詞，雖然這兩個(gè)詞遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以呈現(xiàn)您的那么多成就，但是這與您近年來特別關(guān)注和倡導(dǎo)的“加強(qiáng)地理遙感尺度問題研究，提升我國遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用能力”高度相關(guān)，認(rèn)識(shí)和理解這兩個(gè)關(guān)鍵詞，讓更多的人一起來做好這件大事情，是您的愿望，也是學(xué)生們的責(zé)任。于是，我想和您說說我的理解，請您看看對(duì)

不對(duì)。

記得您最早和我說“尺度”，是讓我查詢scale或scaling的中譯詞，大約是將近20年前的事情。至于為什么，15年前，您曾這樣寫道：遙感的優(yōu)勢在于頻繁和持久地提供地表特征的面狀信息，這對(duì)于傳統(tǒng)的以稀疏離散點(diǎn)為基礎(chǔ)的對(duì)地觀測手段是一場革命性的變化…… 遙感科學(xué)是在地球科學(xué)與傳統(tǒng)物理學(xué)、現(xiàn)代高科技基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興交叉學(xué)科，有自己獨(dú)特的科學(xué)問題亟待探索。對(duì)傳統(tǒng)地學(xué)來說，遙感要求從定性到定量描述的過渡。對(duì)傳統(tǒng)物理學(xué)來說，遙感要求在像元尺度上對(duì)局地尺度上定義的概念，總結(jié)、推導(dǎo)出的定律、定理的適用性進(jìn)行檢驗(yàn)和糾正，而這種糾正是與像元尺度上的地學(xué)定量描述密不可分的，無法從傳統(tǒng)物理學(xué)中找到現(xiàn)成答案……早期少量有意識(shí)從尺度效應(yīng)的角度考察植被光學(xué)性質(zhì)的研究，可以以李小文和Strahler（1985）提出的針葉林反射的幾何光學(xué)模型為例。在假定像元內(nèi)處處為朗伯的條件下，Li-Strahler證明了由于地表的三維結(jié)構(gòu)導(dǎo)致像元內(nèi)亮度不均勻，從而像元作為一個(gè)整體可以是全然非朗伯的。這糾正了當(dāng)時(shí)普遍流行的一個(gè)偏見，即如果像元內(nèi)處處是朗伯的，像元總的性質(zhì)作為一個(gè)平均，一定也是朗伯的。雖然Li-Strahler的工作獲得了較高評(píng)價(jià)，但他們有意識(shí)考察尺度效應(yīng)這一點(diǎn)并未引起足夠重視……（引自“973”項(xiàng)目申報(bào)書）這里的第一句，已被廣泛認(rèn)同和引用，曾常在同行的研究報(bào)告和學(xué)生的論文中看到。而后面兩段所講的，既指出了尺度效應(yīng)是遙感科學(xué)的本質(zhì)問題，又概括了“幾何光學(xué)”和“尺度”的淵源

關(guān)系。

您的植被冠層反射幾何光學(xué)模型，最早發(fā)表于1981年（Li，1981），是針對(duì)當(dāng)時(shí)基于電磁波輻射傳輸理論的建模主流在描述稀疏植被冠層二向反射特征的難點(diǎn)問題，基于幾何光學(xué)原理，在遙感像元的觀測尺度上，簡單明晰地表述了植被冠層遙感反射信號(hào)的形成機(jī)理。寫成數(shù)學(xué)式的幾何光學(xué)模型，強(qiáng)調(diào)像元內(nèi)非均一的三維結(jié)構(gòu)是解釋像元表面二向反射特征的主導(dǎo)因素，以此表達(dá)地表植被冠層的結(jié)構(gòu)參量和冠層表面方向反射信號(hào)之間的關(guān)系，可以用來更準(zhǔn)確地從遙感觀測數(shù)據(jù)估算地表參量。后來逐步發(fā)展為幾何光學(xué)模型系列，并成功應(yīng)用于當(dāng)今被廣泛使用的全球地表反照率遙感產(chǎn)品算法（MODIS Albedo/BRDF），就是例證。所以我們可以說，遙感建模的基礎(chǔ)研究，是提升海量遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用能力的一個(gè)源。

對(duì)這種思路的擴(kuò)展，是遙感尺度效應(yīng)與尺度轉(zhuǎn)換。您的幾何光學(xué)模型，其實(shí)就是將相對(duì)均一的端元輻射特征參量轉(zhuǎn)換到像元尺度遙感信號(hào)的尺度轉(zhuǎn)換模型。您常舉例說明關(guān)注遙感尺度問題對(duì)于遙感科學(xué)研究的重要性，除了上面寫到的三維結(jié)構(gòu)像元內(nèi)處處朗伯（即反射不隨觀察方向變化）仍然可以導(dǎo)致像元整體表面的非朗伯反射;另一個(gè)例子是給出了將普朗克定律用于非同溫三維結(jié)構(gòu)表面的尺度糾正式（Li and Strahler，1999;李小文等，2000），從而將幾何光學(xué)模型的建模原理，成功應(yīng)用于熱紅外遙感。您曾說這源于一個(gè)非常簡單的道理，即像元內(nèi)的三維結(jié)構(gòu)是獨(dú)立于光譜波段的。因此，遙感觀測尺度上像元內(nèi)的非均一性，是將傳統(tǒng)物理學(xué)用于遙感建模的本質(zhì)問題。發(fā)展到近期，將這作為一個(gè)要點(diǎn)來考慮遙感尺度轉(zhuǎn)換方法，已經(jīng)成為同行的共識(shí)。

研究尺度轉(zhuǎn)換的另一重要價(jià)值，在于其是地理學(xué)和遙感科學(xué)面臨的共同問題，而在尺度轉(zhuǎn)換的基本原理和方法上，有些是相通的。面向地理學(xué)具體問題的遙感尺度轉(zhuǎn)換研究，可以促進(jìn)地理和遙感學(xué)者的合作，有望獲得新的科學(xué)突破。如今，經(jīng)過30多年的發(fā)展和數(shù)據(jù)積累，作為提升遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用能力的具體措施，您多次提出加強(qiáng)地理學(xué)與遙感科學(xué)的緊密結(jié)合，構(gòu)想了加強(qiáng)地理—遙感尺度問題研究的框架（王祎婷等，2014）。并且，您還想得更遠(yuǎn)，將對(duì)尺度問題的討論介紹并推廣到遙感、地學(xué)以外更為廣闊的學(xué)科領(lǐng)域，吸引更多的聰明才智之士參與，共同探討從微觀到宏觀的多尺度視角認(rèn)識(shí)自然的新思路。如此明亮，多么誘人！

李老師，您的學(xué)生們、您帶出來的這支隊(duì)伍會(huì)一如既往地不懈努力，和您一起探索科學(xué)的奧秘，求解遙感的難題，響應(yīng)社會(huì)的需求，您的學(xué)術(shù)思想會(huì)吸引更多有志于此的學(xué)者和青年學(xué)生加入這個(gè)行列，創(chuàng)造您期望的更多輝煌，向您匯報(bào)，與您分享。

學(xué)生：王錦地

2015年2月

參考文獻(xiàn)：

[1] Li， X.， 1981， An invertable coniferous canopy reflectance model. MA. Thesis， University of California， Santa Barbara.

[2] Li， X. and Strahler， A.H. 1985， Geometric-Optical modeling of a conifer forest canopy， IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing， GE-23（5）：705-721. Collected in SPIE's Milestone Series of Selected Reprints on Optical Remote Sensing Theory and Measurement， ed. J. A. Smith， pp. 88-104， SPIE Optical Engineering Press， 1997.

[3] Li， X.， Strahler， A.H.， Friedl， M.， 1999. A conceptual model for effective directional emissivity from non-isothermal Surface. IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing， 37（5）， pp： 2508-2517.

[4] 李小文，王錦地， A.H. Strahler，2000，尺度效應(yīng)及幾何光學(xué)模型用于尺度糾正，中國科學(xué)（E輯），30（增刊）：12-17.

[5] 王祎婷，謝東輝，李小文，2014，構(gòu)造地理要素遙感趨勢面的尺度轉(zhuǎn)換普適性方法探討，遙感尺度轉(zhuǎn)換與尺度效應(yīng)專欄，遙感學(xué)報(bào)，18（6）：1139-1146.

（作者系北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院教授）