周成虎,现任中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室研究员、副主任。江苏人,1964年8月生。曾就读于南京大学地理系和中国科学院地理研究所,获理学学士、硕士和博士学位。主要从事地理信息系统、自然资源规划与管理、自然灾害等领域的研究。获得过国家科技进步奖、中国科学院科技进步奖、中国科学院青年科学家等多项成果奖和个人荣誉奖。
洪水是一种常见的自然现象,洪水灾害是一种仅次于地震、热带风暴的危及人类生命、财产安全的主要自然灾害。人类对洪水灾害的关注已久。我们的先祖在几千年的生产实践中积累了大量的防洪抗灾经验,修建了诸如千里黄河防洪大坝、集防洪与灌溉于一体的都江堰等宏伟的水利防洪工程,提出了各种实用性的工程性与非工程性防洪措施。然而,由于洪灾具有的骤发性,不可避免性和区域性等特点,即使在现代科学技术相当发达的今天,人类仍然在遭受洪水灾害的威胁,承受严重的生命、财产损失。1954年我国长江流域的水灾,1978年河南大水灾都曾造成巨大的经济损失和人民生命的重大伤亡。1993年美国密西西比河的水灾经济损失过百亿美元。随着社会经济的不断发展,潜在的全球性洪灾损失在持续增加。尤其对于发展中国家,洪水灾害的发生在一定程度上阻碍区域经济的正常发展。因此为了有效地减轻洪水灾害损失及其造成的不良影响,除了修建各种拦水、蓄水和排水工程外,人们还需要在洪水灾害发生前,预报洪水灾害发生的可能性、严重性;在洪水灾害发生的过程中,能准确地监测其时空发展状况,制定合理、有效的紧急防洪抗灾计划;在洪灾发生后,准确地详估区域的洪水灾害损失,制定救灾计划和家园的恢复建设计划。洪水灾害评估信息系统的研究和建立就是基于此目的。它利用现代的航天、航空建成技术,实时/准实地监测洪灾发展动态;根据洪水灾害形成的物理机制,建立洪灾预报模型,预测洪灾发生、发展情况;应用先进的地理信息系统方法,评估洪灾损失,辅助防灾抗灾决策制定。
洪水灾害评估信息系统的研究大约起步于本世纪70年代中后期。初期工作主要面向洪水灾害的快速监测和基础信息分析处理。洪灾的预报多是洪水预报,对洪水的灾害行为只能是定性、半定量的分析。我国洪水灾害信息系统的研究是随着地理信息系统的研究而发展起来的。在应用地理信息系统的基础上,纳入洪水灾害的全天候、实时/准实的监测系统,扩大其专业化模型分析功能。目前国际上,只有一些发达的工业化国家具备了这种技术和能力。我国已成功地在主要江河流域开展了一系列的应用试验研究,并逐步进入实用化阶段,跻入国际先进行列之中。这里我们从洪水灾害的遥感监测与洪水灾害评估、预报二方面介绍周成虎在这方面的研究成果。
遥感是一种远离目标,通过非直接接触采集目标的电磁波而判别、测量和分析目标性质的技术。以卫星为载体的称为航天遥感,以飞机/气球为载体的称为航空遥感。航天遥感的飞行高度要比航空遥感高得多。遥感的应用范围非常广泛,从室内的工业测量到大范围的陆地、海洋信息采集,以至全球环境动态监测。在全球遥感卫星发展计划中,自然灾害的遥感监测是其主要应用领域之一。洪水灾害的遥感监测是利用航天、航空遥感技术,获取洪水期间不同时刻的地面信息,通过计算机数值图像处理或光学图像处理,提取反映洪水灾害的信息,如洪水淹没范围、地面积水深度、建筑物的冲、淹毁坏状况等。与常规监测相比较,洪水灾害的遥感监测可在各种天气条件下(全天候)、任何时间(实时)工作。所获取的信息在空间上具有时间相对一致性。洪水灾害的遥感监测的技术关键在于如何从混合型的遥感电磁波信息中提取独特的水灾信息。周成虎和他的工作小组在深入分析水体的光谱特征、各种遥感器信息采集量、质基础上,提取利用同一遥感信息源的不同波段信息,通过比值信息增强或K—V变换增强技术,提高单一信息源的数据可识别性;利用不同遥感源的信息,通过信息复合技术,相互参正,提高遥感数据的分析精度;利用多时相的遥感信息,通过对比迭加分析,反演出洪水灾情的时、空发展过程;通过统计相关分析,建立遥感信息、环境因子和洪水灾情复相关模型。这一方法曾在我国多次重大的洪灾快速调查分析中得到应用。如1991年江淮大水调查,并在主要江河防洪遥感综合试验中得到检验。其结果表明:这一方法具有简单、实用、可靠等特点。他们曾从不同的方面多次在各种国际学术会议上作介绍,得到了很高的评价。目前他们所研制的软件系统正在向国际上推广应用。新一代星载侧视雷达系统的出现,为洪灾遥感监测提供了又一条有用的信息源,周成虎正领导他的研究组努力攻克微波航天遥感信息的机理和分析技术难关。
洪水灾害评估预报是洪水灾害评估信息系统的另一个重要组成部分。它以地理信息系统为支持,综合了数据库系统和高层次的专业化应用分析模型。地理信息系统发展于本世纪60年代,是一个以分析、管理、操作和应用空间地理信息的信息系统。在初期,地理信息系统设计用于处理大量的空间地理数据,如国家土地利用数据、地籍管理数据等。随着计算机技术、数据采集技术的更新换代,目前地理信息系统已广泛地应用于资源与环境规划,全球环境研究区域发展战略、自然灾害研究等多方面,成为90年代信息技术的重要构成之一。洪水灾害评估预报由专题数据库和应用分析模型库组成。专题数据库存贮了有关区域自然、社会、经济背景的各种数据。这些数据按其性质及地理区域性分专题按块存贮。专题数据库的建设是一项高强度投资的基础信息工程。通过多年的研究,周成虎及其同事们制定了建立防洪减灾数据库的技术标准与指标及其实施方案,为建立全国性的防洪数据库以及实现信息共享奠定了基础。
随着数据库系统的发展和实际应用的需求,模型库的研究日益引起人们的重视。模型库的研究将极大地改进现行分析和解决问题的方法。在近几年里,周成虎潜心从理论、技术方法及可实现性等方面对洪水灾害评估与预报模型库进行了深入而详细的研究,提出了建立该模型库的完整思想。他论述到:洪水灾害评估与预报模型库可包括洪水灾情分析与数值模拟、区域防洪措施效益分析,洪灾环境与社会后效评价及区域防洪减灾辅助决策四大子模块组成。洪水灾情分析与数值模拟用于确定不同条件下的洪水淹没范围及损失;评估区域洪灾风险度及制作风险区划图。区域防洪经济效益评估用于分析现有防洪抗灾措施的有效性,以确定区域有效的防洪抗灾措施与策略。洪灾环境与社会后效评价着重于评估洪灾可能引起的生态、环境影响以及可能造成的社会饥荒与动荡。辅助决策模块为制定合理、科学的防洪抗灾与减灾提供数据和各种可供选择的方案。周成虎曾在国际及国内的学术会议上介绍此项研究成果,发表了多篇学术论文,撰写了《洪水灾害评估信息系统》理论专著。他们所研制的二维洪水灾害行为模拟模型已在国内得到多次应用,并为孟加拉、加拿大等国家采用。周成虎也因此应邀参加加拿大大坝安全评估项目的研究工作。
除上述的研究领域外,周成虎的研究还涉及到自然资源的规划与管理、地理信息系统等方面。他在区域水资源的研究方面,提出并系统地阐述了区域水资源系统结构分析的主要内容,建立了多区域—多目标的区域水资源协调分析模型(MACM),提出了区域水资源系统利用结构的相对稳定性和不确定性两条基本原理。尤其是在所建立的协调分析水文模型的建模研究中,提出一种“目标规划法”参数估计法,从而使水资源协调分析更有层次和更加实用。这项研究工作为区域水资源的规划、管理提出了新的理论体系,为解决高度耦合,极其复杂的水资源系统的问题提供了一种可行的方法,为区域水资源的综合研究、水文水资源研究开辟了新的方向。他在水文时间序列分析方面,建立了以分析河川经流变化特征期为主要特点的二阶有摩法和Cv向量法。
作为一位年轻科技工作者,周成虎勤奋、好学,刻苦自勉。他不仅注重实验室的理论与技术研究,而且重视积累野外科学考察经验。他曾独自一人沿黄河、天山等地深入考察,掌握第一手资料。在国内研究的扎实基础上,他瞄准国际前沿,不断开展国际合作研究,与美国、加拿大等国家建立了稳定的合作关系。在短短的几年间,周成虎先后发表了50多篇论文,出版理论学术专著和研究文集5卷。1989年中国科学院破格晋升他为研究员,成为中国科学院30多年来最年轻的研究员。目前他作为国家重点实验室的副主任,正领导和参加国家重点攻关项目和重大自然科学基金项目。我们祝愿周成虎在新的征途上,像猛虎那样,不畏艰险,勇往直前,创造更新的业绩。