作者:丁佳 来源:中国科学报 发布时间:2020/1/10 10:54:30
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国家最高科技奖得主曾庆存:
大气人生抒远志

曾庆存作报告中 中科院大气所供图

一辆轿车停在了北京友谊宾馆门口,车门打开,门童赶忙上去迎接,却被从车里钻出来的一顶“破草帽”吓了一跳。

后来听旁人介绍,门童才知道,眼前这个其貌不扬的老头,竟是国际著名大气科学家、中国科学院院士、中科院大气物理研究所研究员曾庆存。

2020年1月10日,“破草帽”曾庆存站在了人民大会堂的领奖台上,从国家主席习近平手中接过了“2019年度国家最高科学技术奖”的荣誉证书。他用一生执着,为现代大气科学和气象事业的两大领域——数值天气预报和气象卫星遥感做出了开创性和基础性的贡献,为国际上推进大气科学和地球流体力学发展成为现代先进学科做出了关键性贡献,并密切结合国家需要,为解决军用和民用相关气象业务的重大关键问题做出了卓著功绩。

一场晚霜 一生志向

新中国成立之初,无论是抗美援朝,还是国内的国民经济建设,我国都急需气象科学人才。

彼时,曾庆存正在北京大学物理系读书。1954年发生的一件事让他印象深刻。“一场晚霜把河南40%的小麦冻死了,严重影响了当地的粮食产量。如果能提前预判天气,做好防范,肯定能减不少损失。”

经历过饥饿的曾庆存深深地体会到天气和气候对农业收成和人民生活的重大影响。所以,当北大物理系安排一部分学生去学习气象学专业时,他欣然服从,依旧全心全意,努力学习,是当时北大的“三好学生”之一。

谁能想到,这次抉择成了他人生的转折点。

上世纪50年代,气象科学还处于描述性和半理论半经验阶段,国际上的天气预报也刚从经验性向客观定量化起步。

当时,大学即将毕业的曾庆存到中央气象台实习时,看到气象预报员们废寝忘食地守候在天气图旁进行分析判断和发布天气预报。但由于缺少精确的计算,做天气预报往往只能是定性分析判断和凭经验做预报,心里没有把握。

曾庆存看在眼里,记在心上,他下决心要研究客观定量的数值天气预报,提高天气预报的准确性,提供人们战胜自然灾害的能力。

矢志不渝 “算计”天气

在苏联科学院留学期间,曾庆存的导师——国际著名气象学家、苏联科学院通讯院士基别尔给他选了一道理论分析困难、计算极其复杂的世界著名难题作为他的论文题目,即应用斜压大气动力学原始方程组做数值天气预报的研究。

“他把这个题目给我时,所有的师兄都反对,认为我不一定研究得出来,可能拿不到学位。可导师不相信,还是让我选择了这个题目。”曾庆存说。

师兄们的担忧不无道理。天气预报的方程属于流体力学范畴,是世界上最复杂的方程组之一。时至今日,超级计算机计算能力的“考核指标”之一,仍然是能否做天气预报。

但曾庆存仍然决定一试。他苦读冥思,反复试验,几经失败,终于从分析大气运动规律的本质入手,想出了用不同的计算方法分别计算不同过程的方法,一试成功,最后只用了很少的计算机机时就把论文做完了。

“曾老师提出的方法叫做‘半隐式差分法’。”中科院院士王会军说,该方法是世界上首个用原始方程直接进行实际天气预报的方法,随即用于实际天气预报业务,至今仍在沿用。

随后,曾庆存还发展了可使大气和地球流体力学方程数值解法在理论上严谨,又可作大规模长时效的高性能计算的数值方法,如“标准层结扣除法”和“平方守恒格式”等方法,他的这些方法至今仍是世界数值天气预报和气候预测的核心技术。

为解决我国国防尖端武器试验的气象保障问题以及打破国际气象资料封锁,1970年曾庆存响应国家需要,被中国人民解放军总参谋部紧急调任作为卫星气象总体组的技术负责人。他把妻子和幼子托寄于贫困的农村老家,专心研究,终于解决了大气遥感的基础理论问题,写出了国际上第一本系统讲述卫星遥感定量理论的专著,其提出的“最佳信息层”等概念和方法,是如今监测暴雨、台风等及相应灾害的极为重要的手段;而求解“遥感方程”的“反演算法”,也已成为世界各主要卫星数据处理和服务中心的主要算法,得到了广泛应用。

从1983年起,曾庆存进一步将数值天气预报延伸至气候变化模拟和预测。他带领团队自主研制了大气环流、大洋环流、陆表过程、以及气候系统和地球系统诸模式,参与了政府间气候变化专门委员会(IPCC)全球气候变化科学评估,并撰写了IPCC第一次科学评估报告气候模式专章。

其实,退回几十年,曾庆存所研究的这些大气和地球流体力学以及数值天气预报中的基础理论问题,在当时看来的十分抽象和“脱离实际”的。可事实证明,它们对数值预报的进一步发展起到了极为重要的作用。正如中科院院士穆穆所说,曾庆存“特别重视基础研究,但同时也一直在思考如何将理论成果应用于气象预报,报效社会”。

身体力行 力挽狂澜

曾庆存不仅是一位优秀的科学家,还是一位杰出的科研工作领导者。1984年,49岁的曾庆存挑起了中科院大气所所长的大梁。那时正是大气所最艰难的一段时光,当时处于体制改革所带来的剧烈变化,研究所人心涣散;同时由于我国基础研究正处于困窘的境地,大气所缺少必要的科研经费、工作和生活条件的保证。

刚刚从老一辈科学家手中接过接力棒的曾庆存一上任,就面临着带领全所向前发展的紧迫问题。

中科院原党组副书记郭传杰还清楚地记得30多年前的一幕。当时,刚刚走上科技管理岗位的他履新伊始,就来到中科院大气所调研。

在一间会议室里大家轮流发言。轮到曾庆存时,他说了这样一段话:“古有陶渊明,不为五斗米折腰。我也算是个知识分子,如果可以,我也可以不用折下我不那么高贵的腰。但是现在,我已经折得腰肌劳损了,还要继续折下去。我不能让老一辈科学家建设的这么优秀的研究所在我手里败下去。”

在担任所长的9年间,曾庆存身体力行,历尽艰难,终于在头批建设的国家重点实验室中争取到两个大气科学方面的名额,建成了“大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室”和“大气边界层物理和大气化学国家重点实验室”;而后他又抓住契机,向发展中国家科学院成功申办了“国际气候与环境科学中心”。在短短几年内,他所开创和领导的这几个机构便在国际上声名远扬,更成为我国大气科学基础研究的中坚力量。

从2007年起,曾庆存一直领导和亲自参与研制我国具有自主知识产权的地球系统模式,是相关重大或重点项目的负责人或总顾问;2011年,中科院向国家提出以研制我国地球系统模式为首要任务并带动地球科学数值模拟研究的“大科学装置”,2016年获国家批准,曾庆存也是该项目的创导者和科学总指导。

言传身教 桃李天下

已在科学界赫赫有名的曾庆存,从未忘记自己来时的路。他常说:“如果没有国家的培养,我连大学都上不起。”

也因为这样,他对学生教育也格外用心,常常鼓励学生“跌倒了怕什么,我们骨头硬”; 学生的论文,他一般都会密密麻麻地亲笔修改,甚至还有加页的情况。

对家里有困难的学生,他也会自掏腰包帮助他们。在中科院院士戴永久看来,曾庆存对学生极为慈爱。“我们很多学生都来自农村,第一次出国时,曾老师把所有的细节、注意事项都告诉了我们,就像是父亲对待要出远门的孩子一样。”

他的一名博士后说:“我们这些学生可不是挂名的,曾老师是真的在带我们,和我们一起提出问题、解决问题。曾老师特别注重学生的数理基础,特别注意多学科的交叉融合。”

曾庆存教过的学生中,除了来自大气科学专业背景的外,还有来自基础数学、应用数学、物理学、力学、海洋科学、以及控制论和环境科学等领域的。他言传身教、诲人不倦,为我国气象事业培养了一批又一批优秀研究生和青年学者,这些人中大部分已成为国家大气科学研究和业务领域的骨干和顶尖人才,其中包括3位中科院院士、2位中国人民解放军少将、1位中国气象局副局长和不少的学科带头人。

“当一名科学家,就要为国、为民、为科学。如果不为这些,就一定搞不好。”这句质朴的话语,曾庆存当做了一生的誓言去践行。为了我国气象科技事业的发展,85岁的曾庆存还将继续前行。

 
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