曾慶存:「詩人院士」的氣象生涯

2020-12-04 人民日報

    2020年對於曾慶存院士來說是一個好的開端。

    「在今天的科技界盛會上,習近平總書記親自頒獎,我感到無上的光榮,心情十分激動。」1月10日,素有「詩人院士」之稱的曾慶存,因為在中國天氣預報領域的突出表現,獲得2019年度國家最高科學技術獎。習近平總書記向這位中國科學院大氣物理研究所院士頒發了獎章、證書,同他熱情握手表示祝賀,並請他到主席臺就座。

    「喜見國家強盛日,青燈伏案夜安心。」曾慶存院士寫了句詩表達他激動的心情。他在接受本刊記者採訪時表示,他非常感激黨和國家的培養、感激共同奮鬥的同志們的支持,特別感謝氣象、數理、計算技術等學科同志們的通力協作。

    從國家自然科學獎到國家最高科學技術獎,曾慶存在近60年的科學生涯中,為研究大氣和地球流體力學,以及數值天氣預報中的基礎理論問題奉獻了全部的精力。

    這位85歲的銀髮老人,依然力求突破自我,並為國家的天氣預報事業作出更大貢獻。他說:「我一直在努力攀登(大氣科學這座珠穆朗瑪峰),但種種原因所限,還沒有登頂,大概只在8600米處初步建立了一個營地。」

    曾慶存是國際數值天氣預報的奠基人之一,他首創半隱式差分法,為現代大氣科學和氣象事業的兩大領域——數值天氣預報和氣象衛星遙感作出了開創性和基礎性貢獻,為國際上推進大氣科學和地球流體力學發展成為現代先進學科作出了傑出貢獻,並密切結合國家需要,為解決國家相關氣象業務的關鍵問題作出了卓著功績。

    轉學氣象專業

    1935年5月4日,曾慶存出生於廣東省一個貧困的農民家庭,他曾在《和淚而書的敬懷篇》一文中這樣寫道:「小時家貧如洗,父母帶孩子們力耕壠畝,深夜勞動歸來,在門前擺開小桌,一家人喝著月照有影的稀粥——這就是美好的晚餐了。」

    他的父親勤勤懇懇,與人為善,母親也是恭勤良儉。一日,父親去城裡挑肥時偶遇當時的小學校長,「談話中校長了解到父親有兩個適齡讀書的兒子,囑咐說一定要讓孩子讀書。」曾慶存說。自此,他便跟在哥哥身後,日日往返于田野與學堂。

    1952年,曾慶存考入北京大學物理系。

    「我印象很深的一件事是,1954年的一場晚霜把河南40%的小麥凍死了,嚴重影響了當地的糧食產量。如果能提前預判天氣,做好防範,肯定能減少不少損失。」曾慶存說自己經歷過飢餓,感同身受。當物理系安排一部分學生改學氣象學專業時,曾慶存就服從並很快適應了。

    1957年底至1961年初,曾慶存被派到蘇聯科學院應用地球物理研究所當研究生,師從著名氣象學家基別爾,老師為曾慶存選了一道世界著名難題作為論文選題,即應用斜壓大氣動力學原始方程組進行數值天氣預報的研究,當時25歲的曾慶存遇到了極大的挑戰。

    天氣預報的方程屬於流體力學範疇,是世界上最複雜的方程組之一。就是在今天,超級計算機計算能力的「考核指標」之一,還是能否進行天氣預報。

    曾慶存反覆試驗,幾經失敗,終於從分析大氣運動規律的本質入手,提出了「半隱式差分法」,這是世界上首個用原始方程直接進行實際天氣預報的方法,如今的天氣預報預測仍在沿用此法。

    深耕天氣預報

    1962年,曾慶存畢業回國。由於中國那時並不具備電子計算機條件,他開始集中精力研究大氣和地球流體力學以及數值天氣預報中的基礎理論問題。經過不懈的科學研究,他解決了大氣遙感的基礎理論問題,寫出了國際上第一部系統講述衛星遙感定量理論的專著。

    他提出的「最佳信息層」等概念和方法,是今天監測暴雨、颱風等自然災害的極為重要的手段,而求解「遙感方程」的「反演算法」,也已成為世界各主要衛星數據處理和服務中心的主要算法,並得到了廣泛應用。20世紀80年代以後,數值天氣預報被延伸至氣候變化模擬和預測。

    「目前在全球範圍,預報3天天氣的準確率可達到70%至80%。」曾慶存告訴記者,國際上天氣預報的有效性已從早期的1—3天提高到5—7天。「天氣預報要達到『十報十準』,目前來說還不大可能。」因為天氣有偶然性,這個偶然性可不在人工實驗室裡,也不會也不可能人為控制,是預報總會有偏差。

    既然天氣能預報,那麼氣候能預報嗎?曾慶存表示,在全球變暖的背景下,氣候預測愈顯重要。2009年,曾慶存與其他科學家萌生了建立地球模擬器的想法,該項目2018年在北京市懷柔科學城破土動工,預計2022年完工。該裝置將為國家防災減災、應對氣候變化、大氣環境治理等重大問題提供科學支撐。?

    求索科學藝術

    1984年,49歲的曾慶存挑起了中國科學院大氣物理研究所的大梁。在擔任所長的9年間,曾慶存爭取到機會,在中國科學院頭批國家重點實驗室中建設了兩個大氣科學方面的實驗室,即大氣物理研究所建成大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室及大氣邊界層物理和大氣化學國家重點實驗室。

    1987年,曾慶存得知第三世界科學院有意要在中國合辦研究機構,後幾經周折成立了中國科學院—第三世界科學院—世界氣象組織氣候問題論壇(CTWF),並定期召開國際學術會議,成為我國大氣科學的國際交流合作和為發展中國家培養科研人才的重要平臺。

    曾慶存有「詩人院士」的美譽。美國氣象學會(AMS)2014年的年會會刊曾刊登了他的《帝舜〈南風〉歌考》以及七言絕句《圖桑之春》《京郊四季》的中英文版本。記者問及此事,他卻謙虛地說:「我只是名詩歌愛好者。」

    《南風》歌是世界上最早記錄夏季風的文獻,成文於公元前22世紀至23世紀的舜帝時代。「南風之薰兮,可以解吾民之慍兮;南風之時兮,可以阜吾民之財兮。」這首詩歌十分形象地闡釋了華夏子孫與東亞夏季風之間的緊密關係。

    「寫詩雖受靈感衝動支配,但其意境的演變、發展過程以及表達,則是理性思維的範疇。」在很多人眼中,科學和藝術是兩個完全不同的領域,但曾慶存表示,無論科研還是寫作,都離不開理性思維和感性思維二者的相互配合。在他看來,做學問也是要講求美的,「枯燥無味的學問不是好學問。」 

    如今,曾慶存院士仍堅持在科研一線帶領和指導年輕學生。他希望為中國氣象事業培養更多棟梁,為大氣科學與其他學科交叉融合搭建橋梁,推動中國大氣科學和氣象事業不斷向前發展。

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