北魏时期，地理学家郦道元步测江河，用30余万字记录了1252条大小河流的故事。1400多年后的今天，首都师范大学资源环境与旅游学院教授陈蓓蓓带领团队，通过优化集成卫星（GRACE）、合成孔径雷达干涉测量（InSAR）、人工智能（Geo-AI）等技术方法，结合遥感大数据和野外观测站实测数据集，找寻太行山到渤海水循环的秘密，开展京津冀平原地面沉降多元演化新模式研究，支撑回答“首都地下水资源的问题”。说得通俗点，这群地学人力求通过不同精度的遥感照片、数十年积累的实测数据，搞清楚京津冀平原地下水储量的变化和地表形变长时间变化的信息，未来还可以像天气预报一样开展地面沉降趋势预测。听上去有趣且重要的研究，却鲜少被报道。陈蓓蓓笑着分析原因：我们参与的项目，动辄以三四年为周期，是一个慢功夫，更算不上劲爆；研究的内容和方法，听上去和普通人的生活有距离感，需要解释和翻译；还有一个理由，我们大多比较内向，俗称“社恐”，我们觉得首要目标是把活儿干好，实在没什么好报道的……看图算数，观水辨土，听岁月“诉说”地下的秘密——只有走近这群自谦“没有创造性发现”的团队才能发现，他们独具浪漫。陈蓓蓓长相文气，与大多数人印象里的“勘探”“地质”完全不搭边，她的自我介绍也多从科普引入：“我本科读的是测绘工程，专业课有很多门，我最感兴趣的是遥感科学与技术，理由是‘颜值高’——这么多好看的图，还藏着地球‘内部’的故事。”
一眼倾心，简单而坚定。从2007年起，陈蓓蓓读硕士，跟着地下水地理信息系统研究专家宫辉力做科研，目光锁定在京津冀区域，方向是利用遥感技术研究因地下水开采而引起的地表高程下降（地面沉降）。16年来，项目一个接着一个：持续更新京津冀平原地下水储量变化和区域地表形变信息，解释“地面沉降发生在哪里，为什么发生在那里”，参与京津冀重点高速铁路、北京城市副中心等重大工程地面沉降专项勘查……但研究的焦点几乎从未改变。 “这是我们工作的特点之一，基于长时间序列。”陈蓓蓓用团队正在搭建的京津冀平原地面沉降模拟器举例，“这是靠大数据驱动的，所以数据量非常大。北京的地面沉降测量数据记录最早可以追溯到1955年。前期的数据会少一点，但随着科技的进步，数据的量、精度都在大幅提升。简单地说，我们要做的是整合读懂这些数，找到地面沉降的趋势。” 陈蓓蓓头疼“讲故事”，但是谈到具体研究过程时，她的语速不自觉地变快了，“遥感技术离我们很近——人造卫星给地球拍照，通过电磁波的辐射、反射特征，我们能看穿地面，了解地下的情况。它的优势在于大区域快速实时，而且不同的分辨率可以满足不同的项目需求。” 外行眼里，一片不同深度的蓝色中，白色点缀，红色和浅黄色交织成色块，是一幅色彩丰富的“画”；到了团队眼里，图上每一处颜色的“渐变”，都书写着京津冀平原地表形变的速率。 一组类似中学数学作业的折线图，宛若“找不同”的游戏；在团队眼里，线扬线抑，一个折角的度数变化，代表着北京平原区地面沉降和不同含水层地下水位变化的季节性趋势。 “研究难点不是看图，是按项目需求，找到看准图的算法。”陈蓓蓓说，也有“算错”的时候—— “当时要研究北京某个区域地层高差变化，做法是选定一个相对稳定的基准点，以不同年份、不同位置的地层与这个点做对比，用差值表示自身沉降趋势。不巧的是，我选了一个‘活泼’的基准点。就当年数据看，没有问题。但是后续几年数据累计起来，我就发现这个年份的数据不对劲儿了。” 这个已经被修正的错误，也成了陈蓓蓓课堂上的一个案例。去年下半年，团队还参与了河北沧州平原区地下水与地面沉降国家野外科学观测研究站建设，这是全国第一个以地下水和地面沉降为监测研究对象的国家野外站。“目前，这项研究还处于数据积累阶段。”陈蓓蓓快人快语，她笑着说，做科研不急于求“快”，“不同于行政单位，我们背靠高校做科研，更针对具体的科学问题，挖掘数据背后的启示、道理，同时让科研成果更好的解决南水北调新水情背景下京津冀地面沉降实际问题，实现产学研一体化，将研究成果更好地应用到祖国大地上。”天下柔者莫过于水，而能攻坚者又莫胜于水。和隐藏在地下的水打交道，窍门是顺势而为。陈蓓蓓说：“虽然每个项目看上去都是大数据的处理，但是没有相对固定的公式可以套用。”每次针对不同区域的沉降监测，都被陈蓓蓓比喻为“体检”。“和人一样，有时候身体里有一个小问题，不会影响健康。但是，我们要动态观察它的变化。”她进一步解释，这也是沉降监测为何要因地而异，“同样的沉降速度，放到一条高铁线路上出现，就需要立刻采取措施，加密监测频率，防止危险发生。而如果发生在一个很大的区域，留观即可。”即便是同一个研究对象，不同时间段的监测也要区别对待。以团队对北京东部一个区域的监测为例，“前几年出现明显沉降，原因是大范围开采地下水。发现后，及时铺设了市政管道，配合人口纾解，再加上南水北调工程实施，最近再测，这个区域的沉降势头已经明显放缓。”陈蓓蓓话锋一转，但是，随着地下水位的回升，又可能带来新的问题，有些地区地层继续下沉，有些地区有所回升，有些地层保持稳定。多种模式的叠加，可能会带来更复杂的区域不均匀形变问题。因此不管是监测手段，还是对演化机制、趋势的研究，侧重点一定有所变化。 陈蓓蓓比划着解释，可以把地面想象成一块海绵，水流失了，相当于海绵被挤干了，留下的土层就会被压实，对应发生沉降的现象。后续，水补回来，可不同地层吸水度不一样，地面就会变得“高低有别”，如果差额较大，会带来安全隐患。“狡猾”的地下水还会给监测设陷阱。比如地下水开采带来的沉降，会有滞后效应。另外，地面沉降是一维垂向的，但地层内应力的变化和土层的变形却是多维度的。陈蓓蓓解释，所以监测手段也要包含不同方向。这就意味着利用不同轨道的遥感卫星，使用不同的算法，最终得到一个三维的数据。
在研究的过程中，团队需要时刻小心翼翼。“我们要时刻告诉自己，千万不要盲目下结论。”采访过程中，陈蓓蓓唯一一次主动要求多说两句，也是为了解释自己的研究领域——在世界范围内，地面沉降遍布50余个国家、150多个城市，在美国、日本和意大利等国家都出现了。北京所处的华北平原也是地面沉降地区。如果沉降严重，就会引起建筑物倾斜，滨海城市还会造成海水倒灌，给生产和生活带来很大影响。 “更重要的是，地下水开采引起的地面沉降是一个不可逆的过程，即使地下水位恢复到最初水平，地层也不会恢复到原来状态。”她笃定地说，“这就要求我们的监测和研究必须精准、有效，加强对重点区域、重点交通干线的监测和预警。” 3篇《科学引文索引》论文入选联合国教科文组织（UNESCO）地面沉降推荐案例，研究成果入选《地球大数据支撑可持续发展目标报告2022》； 为北京、京津冀地面沉降防治规划和国家综合防灾减灾“十四五”规划等重大规划的落实，提供了重要科学依据和技术支撑； 研究成果持续服务区域发展，应用于京津冀多条轨道交通、北京城市副中心、大兴国际机场等重大工程。“我们都是在追求‘确定性’的过程中，发现了‘不确定性’给自己带来的挑战。”从事地学研究十余年，陈蓓蓓在日积月累中感悟着这门学科的浪漫，“我最深的体会就是，地学与哲学有着互通之处。”科研之外，她更看重的身份是老师。“我经常跟学生们讲：不同的分辨率，会有不同的影响。说多了，学生会分不清哪些东西是确定性的。其实，我自己也经常有这样的疑惑。”陈蓓蓓笑着说，但是搞科研不就是这样吗，“我们的研究更是如此，遥感监测出来的结果一定是确定性的，我们是在追寻结果的过程中，发现不断变化的因素，不断改进、突破技术，力求去解决一个个‘不确定性’。”脚踏实地，钻研更精、更准，是陈蓓蓓和团队的研究准则。今年，团队将研究领域的“视野”进一步拓宽——在进一步研究北京、京津冀地区地面沉降防治问题的基础上，他们将目光投向华北平原的不同区域。陈蓓蓓解释：“比如河北省有一些农业开采地下水、开采地热的问题，影响到了地面沉降；还有黄河三角洲地区存在的开采石油、天然气等问题，包括海平面上升和地面沉降的叠加作用对沿海环境的影响，我们会开展从水循环到地面沉降的系统研究。”面对未知的领域，不少问题需要从零开始学习、研究，难不难？陈蓓蓓给出的答案简洁明了，又充满“地学浪漫”：“做研究、带学生，都不可能‘原地不动’，条条大路通罗马。”北京日报（ID：Beijing_Daily）记者 李祺瑶；视频：李俊瑶 柴嵘 李竞择（实习）【转载请注明来源：北京日报微信公众号】
监制：刘昊
实习编辑：李俊瑶
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