蘇凱米

把復雜的環(huán)境數(shù)據(jù)化

了解世界各地土壤成分、水文過程或者氣候類型的變化規(guī)律，對于改善地球環(huán)境、為人類造福很有益處。為此，科學家每天都會測量并記錄環(huán)境數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)抽象成數(shù)學變量和矩陣，再通過數(shù)學理論加以分析。

比如，科學家想要了解一條河流將會何去何從（是否會干涸、是否會改道等），他們就需要標識出徑流各處的時空坐標、流速、徑流量，以及考察河流流域的地理特征，包括流域面積、河網(wǎng)密度、河道坡度、沿岸植被狀況等數(shù)據(jù)，然后通過電腦模擬畫出各種“水文過程線”；又比如，科學家想預測某個時期某地的降雨概率，就至少要處理氣溫、降雨量、氣壓、風力風向的長期觀測值，它們可以是月平均值、年平均值、也可以是每日特定時刻的數(shù)值，然后根據(jù)統(tǒng)計學的知識作出判斷。

顯然，這些環(huán)境數(shù)據(jù)的規(guī)模之龐大、構(gòu)成之復雜是超乎了常人想象的，科學家需要高超的數(shù)據(jù)處理能力才能盡可能準確合理地利用它們，而中國，就有一位非常善于利用數(shù)據(jù)來研究環(huán)境的科學家，她就是孫瑩。

孫瑩生于中國山東，她天資聰穎，求學階段一直是位“學霸”級別的人物。2003年，孫瑩本科畢業(yè)于清華大學數(shù)學系，3年后，她又在清華大學拿到了數(shù)學碩士學位。出于對統(tǒng)計學的興趣，孫瑩隨后前往美國德克薩斯農(nóng)工大學專攻統(tǒng)計學理論。在2011年拿到博士學位后，孫瑩來到氣象學氛圍濃厚的芝加哥大學做博士后，在那里她將自己所學的統(tǒng)計學理論用于大氣和海洋科學，多次成功預測出極端天氣。不久之后，俄亥俄州立大學統(tǒng)計學系又聘請她來做助理教授。

年輕的數(shù)據(jù)新星

雖然在美國的學術生涯很順利，但孫瑩還是想得到更多的挑戰(zhàn)。2014年，沙特阿拉伯投資重金新建的“土豪”大學——阿卜杜拉國王科技大學向她發(fā)起了執(zhí)教邀請。這座世界上國際化程度最高的大學，從世界各地網(wǎng)羅了大批國際人才，考慮到這里實力雄厚且有利于開闊眼界，孫瑩接受了邀請，成為該校的第二位統(tǒng)計學方面的專家。

在阿卜杜拉國王科技大學，孫瑩迅速組建了自己的研究團隊。她在數(shù)學最高學府已經(jīng)學習多年，在計算數(shù)學、統(tǒng)計學方面早已有了扎實的功底，現(xiàn)在她與環(huán)境科學的精英們合作，繼續(xù)用數(shù)據(jù)來研究環(huán)境。

2016年，孫瑩開發(fā)出一種用于檢測臭氧濃度是否異常的統(tǒng)計學方法。雖然在高層大氣中，臭氧能夠使我們免受來自太陽的紫外線的傷害，但是在地面環(huán)境，臭氧是一種污染物，可以使人眼睛過敏、呼吸困難，并能造成光化學煙霧（這種有毒的煙霧能夠造成交通事故）等嚴重的空氣質(zhì)量問題。因此，科學家常常需要測量并分析與臭氧水平相關的環(huán)境數(shù)據(jù)。孫瑩發(fā)明了一種統(tǒng)計學方法，能夠從大量傳感器數(shù)據(jù)中迅速得出某一時段或者某一區(qū)段的臭氧濃度的局部峰值，準確檢測出臭氧濃度的異常情況——該理論已經(jīng)成功地應用于法國諾曼底地區(qū)的空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中。

數(shù)據(jù)控大展才華

基于孫瑩對于環(huán)境統(tǒng)計學的貢獻，她獲得了2016年美國統(tǒng)計學協(xié)會以及美國交通運輸研究學會的“最佳研究論文獎”，還獲得了2016年“阿卜杜勒·艾爾—沙拉維青年研究員獎”——這一獎項由國際環(huán)境計量學會頒發(fā)，很少會授予助理教授。

2017年，孫瑩的研究更上一層樓，高質(zhì)量論文一篇又一篇發(fā)出來，震動了科學界。每天，世界各地700多處氣候監(jiān)測站都會釋放兩次無線電探空儀，用來收集高層大氣的壓力、溫度、風速等數(shù)據(jù)，這是科學家目前唯一一種可以直接測量地球高層大氣的方式。但是，無線電探空儀上的傳感器身處高空環(huán)境，常常會產(chǎn)生不準確的數(shù)據(jù)，影響天氣預報和氣候建模。2017年2月，孫瑩發(fā)表了能夠幫助無線電探空儀自動清除錯誤測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學方法。孫瑩利用獨特的統(tǒng)計學方法，就能夠從傳感器數(shù)據(jù)中區(qū)分出“極端值”（正確的數(shù)據(jù)）和“隨機錯誤值”，并把后者濾除。3月，孫瑩又發(fā)表論文，提出一種特殊的箱線圖繪制法，能夠讓龐大、復雜的測量數(shù)據(jù)可視化，從而更容易從中提取信息。10月，孫瑩又發(fā)明了一種數(shù)學近似方法，能夠幫助科學家準確快捷地處理規(guī)模龐大的數(shù)據(jù)集，減輕計算負擔，她的這種方法幫助科學家分析了200多萬份美國密西西比河流域的土壤、水分測量數(shù)據(jù)，準確地解釋了當?shù)氐乃倪^程。這一年，孫瑩又獲得了美國統(tǒng)計學協(xié)會的“杰出成就勛章和前沿研究家獎”。

在自然環(huán)境較差的中東，孫瑩希望自己今后的數(shù)據(jù)分析技術能夠多用于研究沙塵污染或者極端天氣，這對中東以及全世界都有好處。孫瑩明白，影響環(huán)境的因素非常復雜，只有正確的、科學的方法才能幫助科學家充分利用那些復雜數(shù)據(jù)的價值，所以，自己的研究意義重大，還需要繼續(xù)努力。