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氣象學家曾慶存獲2019年度國家最高科學技術獎
2020-01-13 09:03:27    來源:    作者:

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  曾慶存,男,1935年5月出生于廣東省陽江市。中國科學院大氣物理研究所研究員,國際著名大氣科學家。1956年畢業于北京大學物理系,1961年在蘇聯科學院應用地球物理研究所獲副博士學位。回國后先后在中國科學院地球物理研究所和大氣物理研究所(以下簡稱大氣所)工作,曾任大氣所所長,中國氣象學會理事長、中國工業與應用數學學會理事長。1980年當選中國科學院學部委員(院士),1994年當選俄羅斯科學院外籍院士,1995年當選發展中國家科學院院士,2014年當選美國氣象學會榮譽會員(該學會最高榮譽),是全國勞動模范、全國先進工作者、第十三和十四屆中共中央候補委員。

   曾慶存院士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做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做出了杰出貢獻,并密切結合國家需要,為解決國家相關氣象業務關鍵問題做出了卓著功績。

  在大多數現代人的生活里,獲取天氣預報已經成為一種習慣,無論是通過電視、手機、廣播、報刊,還是口口相傳。但如果翻閱文獻,就會發現,在人類長久的歷史里,風云變幻、電閃雷鳴曾被歸因于神的偉力。實際上,從觀云看天的經驗預報,到在高性能計算機平臺上利用數學物理方法預測陰晴雨雪,僅僅過了約一個世紀。

  數值天氣預報的成功,被稱為20世紀最偉大的科技和社會成就之一。與其他“轟鳴”的變革不同,跋涉在這條路上的科學家——有山底的拓荒者,也有山峰上扎營者和攀登者,在試錯、改進、再試錯中不斷獲得點滴進步,才最終促成了這一偉大變革的實現。

  回首過往百年間,縱觀全球氣象界,曾慶存都是一個必須要提到的人。

氣象學家曾慶存獲2019年度國家最高科學技術獎

  曾慶存。來源:中國科學院大氣物理研究所

  一

  春夏之交,我國很多地區常發生晚霜。1954年,一場晚霜凍死了河南40%的小麥,嚴重影響了當地的糧食產量。

  多可惜。“如果能提前預判天氣,做好防范,肯定能減不少損失。”當時,正在北京大學讀書的曾慶存因為挨過餓,被深深地觸動了。

  上世紀30年代,曾慶存出生于廣東陽江一個貧困農民家庭。他曾在《和淚而書的敬懷篇》一文中提到:“小時候家貧如洗,拍壁無塵。雙親率領他們的孩子們力耕垅畝,只能過著朝望晚米的生活。深夜勞動歸來,皓月當空,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。”

  雖然家境貧寒,父母對孩子的教育卻格外上心。曾慶存的哥哥曾慶豐到了該上學的年齡,他們毫不遲疑地送他上學。那時,曾慶存尚年幼,父母白天在田間勞作,無暇照顧,只好讓哥哥帶著去學堂。這樣,他的學生時代以非正規的方式開始了。

  兄弟二人都對這來之不易的讀書機會倍加珍惜。小學沒畢業,他們便參加了百里挑一的“跳考”,直接進入初中讀書。上了中學,兄弟倆又因成績優異,先后獲得了公費讀書的機會——全校總共不過16個名額。

  1952年,國家經濟開始全面恢復,政府重視和擴大高校招生,曾慶存響應國家號召報考了北京大學物理系,被順利錄取。

  彼時,新中國氣象事業百廢待興,但無論是抗美援朝,還是國內的國民經濟建設,都急需氣象科技人才。北大物理系準備安排一部分學生學氣象學,老師鼓勵說:“而今萬事俱備,只欠東風。”意思說,國家已為大家準備好學習條件,只待大家安心學習。很快,曾慶存成為這個熟悉又陌生的學科學員之一。

  20世紀50年代的氣象科學還處于描述性和半理論半經驗階段,國際上的天氣預報剛從經驗性預報向客觀定量化的數值天氣預報起步,后者是在一定條件下將大氣復雜狀態數據,通過大型計算機,用可計算的方程模型做數值計算,預測未來一定時段的大氣運動狀態和天氣現象的方法。

  準確把握流淌的風、翻騰的云、奔涌水汽的動向,談何容易?但年輕的畢業生曾慶存下定決心,要研究客觀定量的數值天氣預報,提高天氣預報的準確性。

氣象學家曾慶存獲2019年度國家最高科學技術獎

  曾慶存生活照。來源:中國科學院大氣物理研究所

  二 

    1956年,即將大學畢業的曾慶存提交了入黨申請書。他說:“我入黨的初心非常簡單,響應黨中央向科學進軍的號召,為祖國建設貢獻力量。我決心把一切獻給黨、獻給祖國和人民。”從大學選專業開始,到畢業后的每一個選擇,他都踐行了這份初心。

  適逢國家正在進行大規模經濟建設,派遣學生去蘇聯留學成為當時國家科技事業發展的重要措施。1957年底至1961年初,曾慶存通過國家考試,被選拔派遣至蘇聯科學院應用地球物理研究所,師從國際著名氣象學家、蘇聯科學院通訊院士基別爾。

  基別爾看他數學物理功底扎實,為他選擇了一道理論分析十分困難、計算起來極其復雜、時人不大敢問津的世界著名難題——應用斜壓大氣動力學原始方程組做數值天氣預報的研究,作為他的論文題目。

  “他把這個題目給我時,所有師兄都反對,認為我不一定研究得出來,可能拿不到學位。但導師信任我,還是讓我選擇了這個題目。”曾慶存說。年輕的他,還未預料到自己將做出世界數值天氣預報史上里程碑式的成果。

  大氣動力學原始方程組是世界上最復雜的方程組之一。因為大氣運動本身就非常復雜,包含渦旋和各種波動的運動過程及其相互作用,需要考慮和計算的大氣物理變量也非常多,涉及溫度、氣壓、濕度、風向和風速等。當時,科學界雖已嘗試用動力學方法作天氣形勢短期預報,但都對方程組做了很嚴重的簡化,預報精度比較低,達不到實用要求。要使數值預報真的實用,還得在原始方程研究方面取得突破。

  反復試驗,幾經失敗之后,曾慶存終于從分析大氣運動規律的本質入手,想出了用不同的計算方法分別計算不同過程的方法,一試成功。他提出的方法叫“半隱式差分法”,是世界上首個用原始方程直接進行實際天氣預報的方法,隨即用于實際天氣預報業務,至今仍在沿用。

  可以說,應用原始方程是一個劃時代的進步,當今數值天氣預報業務都基于原始方程。

  1961年,曾慶存在蘇聯科學院獲副博士學位后立即回國。他寫下《自勵》詩剖明心跡:“溫室栽培二十年,雄心初立志驅前。男兒若個真英俊,攀上珠峰踏北邊。”

氣象學家曾慶存獲2019年度國家最高科學技術獎

  曾先生成為美國氣象學會榮譽會員。來源:中國科學院大氣物理研究所

  三

  回國后,苦于當時沒有電子計算機條件,曾慶存便集中注意力研究大氣、地球流體力學以及數值天氣預報中的基礎理論問題。這在當時看來是十分抽象和脫離實際的,但后來證明這對數值預報進一步發展意義重大。

  曾慶存在數值天氣預報與地球流體力學的數學物理基礎理論研究中做出開創性、系統性貢獻,并對數值天氣和氣候預測模式的研制與計算地球流體力學進行了開創性研究。

  1970年,曾慶存再次服從國家需要,被中國人民解放軍總參謀部緊急調任作為衛星氣象總體組的技術負責人,解決了大氣紅外遙感的基礎理論問題。他用一年時間寫出了《大氣紅外遙測原理》一書,于1974年出版。該書是當時國際上第一本系統講述衛星大氣紅外遙感定量理論的專著。他提出了求解“遙感方程”的有效反演算法,已成為世界各主要衛星數據處理和服務中心的主要算法,得到廣泛應用。

  面向國家需求,曾慶存在上世紀80年代起致力于跨季度氣候數值預測以及集衛星遙感、數值預測和超算為一體的氣象災害防控研究。

  漫漫科研路,成果尤為豐碩。曾慶存先后獲得全國科技大會獎兩項,國家自然科學二等獎兩項,何梁何利科學技術進步獎,中國科學院自然科學一等獎五項和杰出科技成就獎一項,于2014年被美國氣象學會授予其最高榮譽——榮譽會員,于2016年被聯合國世界氣象組織授予該組織的最高獎——國際氣象組織獎。

氣象學家曾慶存獲2019年度國家最高科學技術獎

  第61屆國際氣象組織獎IMO獎頒獎現場。來源:中國科學院大氣物理研究所

  四

  1984年,49歲的曾慶存扛起大氣所所長的大梁。

  那是一段艱難歲月。當時,我國基礎研究正處于極其困窘的境地。大氣所缺乏科研經費,沒有科研大樓,實驗室簡陋,研究生沒有自習室,沒錢買資料、更新設備,生活條件更不必說,加上體制改革帶來的變化沖擊,這根“大梁”并不容易扛。

  1984年11月,剛剛上任數月的曾慶存提交了“辦所方針和改革設想”,提出長遠目標是把大氣所辦成“一個社會主義的現代化的研究所”,成為“我國的一個高水平的大氣科學研究中心,對國內外開放,在世界大氣科學發展中做出貢獻”。

  在他的帶領下,大氣所上下一心,迎難而上,經歷了科技體制重大變革,邁進了蓬勃發展階段。曾慶存擔任大氣所所長9年期間,中國科學院建設的國家重點實驗室中有兩個是大氣科學領域的,即大氣所建成了“大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室”和“大氣邊界層物理和大氣化學國家重點實驗室”。

  1987年大氣所向第三世界科學院(現稱“發展中國家科學院”)申請,并于1991年成立了“國際氣候與環境科學中心”,成為“中國科學院(CAS)-發展中國家科學院(TWAS)優秀中心”和“南方科技促進可持續發展委員會優秀科學中心”,該中心正式接收外國博士生。后又以此為基礎,成立了CAS-TWAS-WMO國際氣候論壇,已成為CAS與TWAS有關氣候變化研究的品牌論壇。

  對于曾經教導過、幫助過他的老師或前輩,他總是懷抱一顆感激和崇敬的心。對引領他走上大氣科學道路的中國氣象學界一代宗師和奠基人——中國科學院院士謝義炳,曾慶存更有著一份特殊的感情。“讓我印象最深的是謝先生的愛國情懷、科學情懷和培養學生薪火相傳的情懷。他教育我們說,應該多為國家想,多考慮氣象預報業務工作。他愛生如子,大學畢業時,我因家貧極想工作以孝敬雙親,恩師得知后按期給我家寄錢,消除我后顧之憂,讓我安心去蘇聯讀書。我非常感激謝先生,我希望這樣的精神能薪火相傳。”

  這句感謝絕不是一句空話,而是一句被曾慶存踐行一生的承諾。

  他對一些科研素質優異卻不能繼續科研道路的學生十分痛心,對于家里有困難的學生,他同樣自掏腰包,幫助他們。曾慶存為我國氣象事業培養了一批又一批優秀研究生和學者,這些人中的大部分已成為國家大氣科學研究和業務領域的骨干和頂尖人才,其中包括三位中國科學院院士、兩位中國人民解放軍少將、一位中國氣象局副局長和多名學科帶頭人。曾慶存還為發展中國家培養了多位留學生,其中包括中科院首個外籍博士古拉姆?拉索爾,后者回國后任巴基斯坦國家氣象局局長。

  五

  2005年,曾慶存在《氣候與環境研究》發表了一篇題為《帝舜(南風)歌考》的小文。

  這篇文章來源頗為有趣。當時,他的學生張銘教授在南京投入季風研究,在追蹤季風認識歷史的時候,忽然想起少時誦讀的古詩中有帝舜《南風》歌,心思一動,這不正是夏季風嗎?

  搜索文獻后,張銘欣喜若狂,幾乎忘了曾慶存尚在千里之外,立即動身前往北京。兩人相見后分享這一所得,一起坐下來解讀這首古詩。

  興之所至,曾慶存寫下詩歌:“季風時兮民康物阜,中華文化兮燦爛婀娜。繼往開來兮中華學子,發揚我炎黃德智兮,永據科技之先河!”

  這或許能讓人從他一貫的嚴謹與沉靜之外,窺見那熱血沸騰的詩意一面。

  但若再了解一下他為何如此興奮,更為他深沉的愛國之情所打動。原來,這首《南風》歌,可以溯源到世界上最早對季風的文字記載,更將人類對季風的認識和記載提前到公元前23至前22世紀中國古文明的堯舜時代。“這是中華民族對世界科學的巨大貢獻,中國人應引以為自豪。”曾慶存在文中寫道。

  如今,耄耋之年的曾慶存依舊奔波在科研路上。地球系統模式是當今全球氣候和環境變化問題研究的制高點。曾慶存是建立我國地球系統模式的主要倡導者、領導者,并參與具體設計和研制。2011年中國科學院提出以研制我國地球系統模式為首要任務并帶動地球系統數值模擬研究的大科學裝置,2016年獲國家批準,曾慶存是該項目的創導者和科學總指導。

  “我曾立志攀上大氣科學的珠穆朗瑪峰,也一直努力攀登,但種種原因所限,我沒能登上頂峰,大概在8600米處初步建立了一個營地,供后來者繼續攀登,尤其希望國人有志登頂,寄厚望了。”曾慶存說。

  時常,也能見到他與孩子們在一起的身影。比如2019年世界氣象日,在科普講座之后,曾慶存就被孩子們圍了上來,回答問題、印手模、題字,他一樣一樣來,沒有絲毫不耐煩。在他的心里,這些孩子正是中國科學事業的未來。

  來源:中國氣象報社

    作者:趙曉妮

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