氣象學(xué)是一門關(guān)乎百姓日常生活和社會(huì)穩(wěn)定的重要科學(xué)。它不僅能為人們提供更準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)，還在災(zāi)害管理、資源規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。作為一名氣象學(xué)領(lǐng)域的“老兵”，中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲得者曾慶存用一生執(zhí)著，為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和氣象衛(wèi)星遙感作出了開創(chuàng)性和基礎(chǔ)性貢獻(xiàn)。
曾慶存。受訪者供圖
“此身未是枯朽材”
即將成為“90后”的曾慶存生活很簡(jiǎn)單，每天早上6點(diǎn)左右起床，做操、吃飯，接下來主要精力都放在工作上，工作內(nèi)容之一就是使中國(guó)地球系統(tǒng)模式加速走向國(guó)際最前沿。
上世紀(jì)90年代末，曾慶存提出構(gòu)建中國(guó)自主創(chuàng)新的地球系統(tǒng)模式。簡(jiǎn)言之，就是把地球系統(tǒng)“搬進(jìn)計(jì)算機(jī)”。江河湖海、山川冰石、葳蕤草木、飛禽走獸……紛繁萬物分屬大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈、生物圈五大圈層。各圈層如何遵循大自然精妙的規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)？曾慶存希望用數(shù)學(xué)物理公式將其定量地表述出來，并將各個(gè)圈層的變化規(guī)律進(jìn)行耦合，從而推演地球不同圈層的變化，進(jìn)行針對(duì)性的“地球?qū)嶒?yàn)”，以重現(xiàn)過去、模擬現(xiàn)在、預(yù)測(cè)未來。
在曾慶存的提議和組織下，我國(guó)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”在2018年啟動(dòng)。這個(gè)跨學(xué)科項(xiàng)目由中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所（以下簡(jiǎn)稱大氣所）牽頭，國(guó)內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)與高校參與。目前，該項(xiàng)目已在北京懷柔科學(xué)城建成面向地球科學(xué)的超巨型計(jì)算機(jī)——大國(guó)重器“寰”，并在2023年11月發(fā)布了我國(guó)首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“完整”地球系統(tǒng)模式CAS-ESM2.0。
由于地球系統(tǒng)模式的復(fù)雜性，目前絕大多數(shù)國(guó)家開發(fā)的都是單一氣候系統(tǒng)模式。CAS-ESM2.0則集成了大氣環(huán)流（包括高層大氣）、海洋環(huán)流（包括洋冰）、陸面過程、植被動(dòng)力學(xué)過程、氣溶膠和大氣化學(xué)等8個(gè)分系統(tǒng)模式，使中國(guó)成為世界上少數(shù)具有地球復(fù)雜巨系統(tǒng)綜合模擬能力的國(guó)家。
CAS-ESM2.0可以為天氣預(yù)報(bào)以及氣候和環(huán)境預(yù)測(cè)提供支撐，為防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)環(huán)境治理以及應(yīng)對(duì)氣候變化的國(guó)家戰(zhàn)略制定提供決策依據(jù)和科技支撐。曾慶存希望繼續(xù)推動(dòng)該模型走向國(guó)際。
他在詩(shī)中寫道：“劈面狂吼欲倒栽，此身未是枯朽材。酣戰(zhàn)寒風(fēng)渾樂事，直摧冬盡接春來。”
曾慶存在接受采訪。本報(bào)記者李子鋒攝
“雄心初立志驅(qū)前”
其實(shí)，在20余歲時(shí)，曾慶存就已經(jīng)是國(guó)際氣象學(xué)界一顆冉冉升起的新星了。
1952年，曾慶存考取北京大學(xué)物理系。新中國(guó)成立之初，急需氣象科學(xué)人才，他被調(diào)到了氣象學(xué)專業(yè)。
風(fēng)云變幻莫測(cè)，1954年秋天，一場(chǎng)晚霜把河南40%的麥苗凍死了，嚴(yán)重影響了當(dāng)年的糧食產(chǎn)量。這讓曾慶存暗自堅(jiān)定了目標(biāo)：把傳統(tǒng)望天看云的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)變成真正的氣象科學(xué)預(yù)測(cè)。
1957年，曾慶存被選派至蘇聯(lián)科學(xué)院，師從國(guó)際著名氣象學(xué)家基別爾，研究數(shù)值天氣預(yù)報(bào)。他回憶，那段時(shí)間特別苦，為了補(bǔ)數(shù)學(xué)、物理理論知識(shí)短板，他要到莫斯科大學(xué)蹭課，拼命惡補(bǔ)，有時(shí)一頁(yè)書琢磨很多天，才能硬著頭皮“啃”下來。
基別爾感受到了曾慶存的學(xué)習(xí)勁頭和迅速跟上來的步伐，便給了他一個(gè)世界難題作為論文選題——應(yīng)用斜壓大氣動(dòng)力學(xué)原始方程組做數(shù)值天氣預(yù)報(bào)。
所有的師兄都反對(duì)這一安排，擔(dān)心研究不出來可能拿不到學(xué)位，而曾慶存這個(gè)“初生牛犢”卻偏向虎山行。
沒有前路可循，他就冥思苦想，吃飯、睡覺、走路都在想機(jī)理、找算法。計(jì)算機(jī)時(shí)間分配非常緊張，一個(gè)星期只有一小時(shí)使用窗口，他就抓緊時(shí)間驗(yàn)證。
1961年，經(jīng)歷了一年多的反復(fù)試驗(yàn)，曾慶存從分析大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律的本質(zhì)入手，想出了用不同計(jì)算方法分別計(jì)算不同過程的方法——半隱式差分法。計(jì)算機(jī)驗(yàn)證成功后，他高興極了，立刻從機(jī)房沖了出去，想把這個(gè)消息告訴導(dǎo)師。但興奮過度的他竟忘了穿大衣，因?yàn)槭兀活^栽倒在莫斯科零下30度的天氣里，不省人事。過路人看到了，急忙把他抬到醫(yī)務(wù)室。
這個(gè)讓曾慶存大病一場(chǎng)的算法，給出了世界上第一張求解原始方程組的天氣預(yù)報(bào)圖，為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，至今仍被廣泛應(yīng)用。
那一年，曾慶存26歲。獲得蘇聯(lián)科學(xué)院副博士學(xué)位的他，立即踏上了祖國(guó)大地。他在一首勵(lì)志詩(shī)中寫道：“溫室栽培二十年，雄心初立志驅(qū)前。男兒若個(gè)真英俊，攀上珠峰踏北邊。”
這條攀登之路，走得很艱辛。
上世紀(jì)60年代，國(guó)內(nèi)尚未有足夠的電子計(jì)算機(jī)條件，回國(guó)后的曾慶存集中攻關(guān)大氣和地球流體力學(xué)及數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中的基礎(chǔ)理論問題。有人認(rèn)為他“脫離實(shí)際”“走資本主義道路”，但他咬牙堅(jiān)持，在大氣和地球流體力學(xué)的物理、數(shù)學(xué)理論研究上做出開創(chuàng)性、系統(tǒng)性成果。
上世紀(jì)80年代初，隨著長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展日益重要，世界氣象組織將工作重心放到長(zhǎng)期預(yù)報(bào)研究上。在此背景下，時(shí)任大氣所所長(zhǎng)曾慶存提出購(gòu)買超級(jí)計(jì)算機(jī)。他認(rèn)為我國(guó)在理論和計(jì)算方法上并不比國(guó)外差，制約發(fā)展水平的是計(jì)算機(jī)。
但當(dāng)時(shí)我國(guó)基礎(chǔ)研究處于困窘境地，缺少必要的科研經(jīng)費(fèi)。曾慶存仍然堅(jiān)持：“把褲子脫了去當(dāng)，也要買計(jì)算機(jī)。”
為了這臺(tái)計(jì)算機(jī)，他在赴美國(guó)訪問時(shí)遍訪友人，得到有用消息，最終購(gòu)得一臺(tái)。
事實(shí)證明，這臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的進(jìn)一步發(fā)展極為重要。1982年，美國(guó)科學(xué)家提出能夠在10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)1個(gè)月逐日數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，以此作為一個(gè)月氣候預(yù)報(bào)。曾慶存對(duì)此提出否定看法，并認(rèn)為實(shí)現(xiàn)提前一個(gè)季度的氣候預(yù)測(cè)是可能的。回國(guó)數(shù)年后，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)得出的計(jì)算結(jié)果證明自己的想法是正確的。
在“攀珠峰”的道路上，曾慶存還提出了動(dòng)力氣象和地球流體力學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)理問題及其解決方向，在計(jì)算地球流體力學(xué)、氣候系統(tǒng)模式設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)理論、相關(guān)遙感問題的理論化等方面作出了突出貢獻(xiàn)，為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)奠定了理論基礎(chǔ)。
因?yàn)槌晒怀觯?980年，45歲的曾慶存當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員（院士），2016年獲第61屆國(guó)際氣象組織獎(jiǎng)，2019年獲國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。
曾慶存。受訪者供圖
許身科教以興國(guó)
榮譽(yù)在身，曾慶存初心不改，仍在攀登。談起科研創(chuàng)新的動(dòng)力，他的回答很簡(jiǎn)短：“為國(guó)、為民、為科學(xué)。”
曾慶存出生在廣東省陽(yáng)江縣一個(gè)貧農(nóng)家庭。他曾光著腳板、穿著單衣，從廣東考入北京大學(xué)。那時(shí)因?yàn)轲囸I，18歲的他身高不到1米5，后來大學(xué)4年身高才躥到了1米7。
“黨和人民讓我有飯吃、有學(xué)上，我就要好好做事情。”他說。
他身體力行，憂國(guó)家之憂。21世紀(jì)前后，我國(guó)沙塵暴肆虐，給華北、西北、東北大地蒙上了一層厚厚的陰影。彼時(shí)，曾慶存剛做完手術(shù)，就加入了沙塵暴研究隊(duì)伍。
沙塵究竟是怎么起來的？從衛(wèi)星圖像中很難得知原因。為了近距離觀察這個(gè)對(duì)手，那時(shí)每當(dāng)天氣預(yù)報(bào)有沙塵暴，街上行人行色匆匆趕路時(shí)，曾慶存就會(huì)出門，到通州、密云、延慶等北京郊區(qū)野外等待沙塵暴到來。
“不入虎穴，焉得虎子？”他說。
結(jié)合實(shí)地觀察和大氣所325米氣象鐵塔的觀測(cè)結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)，沙塵暴并非像想象的那樣是隨著大風(fēng)漫天遍地卷起來的，而是和陣風(fēng)關(guān)系密切。當(dāng)陣風(fēng)水平風(fēng)速較大時(shí)，沙子會(huì)在地面滾動(dòng)；當(dāng)陣風(fēng)變小時(shí)，沙子垂直速度反而會(huì)上升，造成揚(yáng)塵。
在進(jìn)一步研究中，他們發(fā)現(xiàn)，我國(guó)并非沙塵的輸出國(guó)，而是輸入國(guó)。沙塵暴的源頭是北非大沙漠和中東地區(qū)，西風(fēng)將沙子帶到中亞、阿拉伯地區(qū)，并傳到中國(guó)。這有力駁斥了國(guó)外認(rèn)為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成環(huán)境破壞的論斷。
曾慶存在會(huì)上。受訪者供圖
曾慶存還為我國(guó)氣象事業(yè)培育了一批優(yōu)秀學(xué)者。他博學(xué)多才，帶出的學(xué)生各有所長(zhǎng)，如中國(guó)科學(xué)院院士王會(huì)軍側(cè)重大氣科學(xué)研究，中國(guó)科學(xué)院院士穆穆和戴永久則側(cè)重有關(guān)數(shù)學(xué)的研究。此外，還有很多學(xué)生扎根物理學(xué)、力學(xué)、控制論和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域。無論學(xué)生選擇哪個(gè)方向，他都會(huì)因材施教。
談起如何指導(dǎo)學(xué)生做好的研究，曾慶存表示：“最重要的是個(gè)人的出發(fā)點(diǎn)，回答為誰服務(wù)的問題。同時(shí)，在方法上，要實(shí)事求是，勤于實(shí)踐。科學(xué)研究生涯往往困難重重，甚至看似是無路可通的。這需要勇氣、信心和毅力，鍥而不舍后，必定會(huì)找到解決辦法。”
在曾慶存看來，當(dāng)前基礎(chǔ)研究人才的培養(yǎng)過于急功近利，特別是以在國(guó)外期刊發(fā)表文章為評(píng)價(jià)人才成長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，很不好。“搞科學(xué)研究基礎(chǔ)要打穩(wěn)，在國(guó)家需要的地方下功夫。科技界和產(chǎn)業(yè)界對(duì)人才的培養(yǎng)應(yīng)該更耐心一點(diǎn)，不能跟風(fēng)。”他說。
本文鏈接：氣象“老兵”曾慶存：為國(guó)為民為科學(xué)http://www.lensthegame.com/show-11-2092-0.html
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