發(fā)布時間:2020-01-11 18:13 | 來源:光明日報 2020年01月11日 07版 | 查看:796次
曾慶存(2014年11月29日攝)。新華社發(fā)
曾慶存在國際工業(yè)與應用數(shù)學大會上作報告(2015年資料照片)。新華社發(fā)
“要有賽馬的精神,像比賽的馬一樣勇敢向前沖。”
“天塌下來,你要撐得起。跌倒算什么,我們骨頭硬,爬起來再前進。”
85歲的中國科學院大氣物理研究所研究員、中國科學院院士曾慶存,語調鏗鏘。這位2019年度國家最高科學技術獎的獲得者,在記者面前話不多,但句句精辟。
自稱“氣象科學老戰(zhàn)士”的曾慶存,即使年過八旬,仍然每天都要來辦公室,他還承擔具體的科研項目,還帶研究生。他常對人說:“成功,就在前方?!?/p>
其實,曾慶存早已走在了前方,他在數(shù)值天氣預報和氣象衛(wèi)星遙感領域作出了開創(chuàng)性貢獻。但在得知獲獎的那一刻,他仍然謙遜低調,自問“何德何能獲得這個獎”。他感謝身后的國家以及身旁的家人,因為他們,他才能安心做科研。
寫詩,是曾慶存的另一大愛好,他在詩歌里表達自己的追求:“科學鉆研心寂靜,蒼生憂樂血沸騰?!?/p>
這種追求,是“欲明事理窮追底”,是“不求聞達亦斯文”。
1.為國選擇氣象學
曾慶存的辦公室在中科院大氣所科研樓8層,憑窗遠眺,云層似乎離得不遠。辦公室不大,前后兩排書柜,中間一張辦公桌。桌上擺著厚厚一疊書,書名《數(shù)值天氣預報的數(shù)學物理基礎》。隨意瀏覽幾頁,滿紙都是數(shù)學公式和符號,數(shù)學符號比漢字多,對非專業(yè)人士來說宛如天書。
40多年前,曾慶存寫完該書的書稿時,曾題詩一首作為書跋。詩中有句曰:“清窗日夜無人擾,神斂卷開命筆時?!睍鴮懙煤苄量?,但曾慶存似帶著一種神圣的使命感在進行寫作,寫完如釋重負?!翱嘈恼徱嘤腥酥?,他以此句作為那首詩的結尾。
如今,這片“苦心”早已世人皆知。1961年,曾慶存在世界上首次成功用原始方程直接進行實際天氣預報,隨即用于天氣預報業(yè)務。半個多世紀以來,他在數(shù)值天氣預報上的開創(chuàng)性和基礎性貢獻,讓全世界都受益。
如果把時間再往回拉,曾慶存不會想到自己的一生會跟氣象結緣。出生于農村的他,從小就知道天氣對于一個“靠天吃飯”的農民家庭的意義。
1935年,曾慶存出生于廣東一個農民家庭。他曾撰文描述童年生活:“小時候家貧如洗,拍壁無塵。雙親率領我們這些孩子力耕垅畝,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。”
在田間地頭耕作一天的農人,帶著疲勞和月光回家。在結束這一天前,他們通常會遙望夜空。這并不是一種浪漫,而是一種現(xiàn)實的需要——他們希望能從遙遠的夜空預測明天的天氣,盼望著好天氣帶給他們好收成。這樣的情景,曾慶存從小就習以為常。
1946年,曾慶存11歲。一次臺風登陸,風雨交加。讀書不多的曾父,一直渴望孩子讀書成才,趁著雨夜無事,決定考考兩個兒子。曾父提議對對子,并先提一句:久雨疑天漏。接著,曾慶存與哥哥應對。一邊推敲,一邊聊天,“從自然到人事,父子兄弟竟然聯(lián)句得詩?!痹鴳c存回憶,詩曰:“久雨疑天漏,長風似宇空。丹心開日月,風雨不愁窮?!?/p>
1947年,12歲的曾慶存寫了一首題為《春旱》的詩:“池塘水淺燕低飛,岸柳迎風不帶姿。只為近來春雨少,共人皆作嘆吁噓?!?/p>
無論是“風雨不愁窮”,還是“皆作嘆吁噓”,對從小就在鄉(xiāng)下長大、“力耕田野”的曾慶存而言,天氣對農業(yè)收成和人民生活的影響,他感同身受。
1952年,曾慶存考取北京大學物理系。新中國成立之初,我國急需氣象科學人才。北大物理系準備安排一部分學生學氣象學專業(yè),老師鼓勵班上同學:而今萬事俱備,只欠東風。意思是,國家已為大家準備好學習條件,只待大家安心學習。曾慶存自然能理解這種安排,很快地選擇了這個熟悉卻又陌生的學科。
“有一件事我印象很深,1954年的一場晚霜把河南40%的小麥凍死了,嚴重影響了當?shù)氐募Z食產量。”曾慶存說,“如果能提前預判天氣,做好防范,肯定能避免不少損失?!?/p>
2.求解世界級難題
早上出門前,看一下手機上的天氣預報,這是很多人的日常。但在過去,預知天氣還得看天。所謂“看見天上鉤鉤云,就知地上雨淋淋”,即是如此。但天有不測風云,天氣預報并不是觀云識天就可以做到的。
20世紀,人們發(fā)明和應用氣象儀器來測量大氣狀態(tài),并將各地的氣象觀測數(shù)據(jù)匯總到一處,繪成天氣圖。但是,天氣圖嚴重依賴天氣預報員的主觀判斷。彼時,氣象科學還處于描述性和半理論半經驗階段。
曾慶存上大學時曾在中央氣象臺實習,每天看著氣象預報員們守候在天氣圖旁進行分析判斷。在天氣圖上,雨用綠色標注,雷用紅色標注?!跋惨姶豪灼降仄?,漫山綠雨半天紅”,這是曾慶存對當時天氣預報的印象。但他更多時候看到的是,由于缺少精確的計算,往往只能通過定性分析判斷和憑經驗進行預報,預報員心里都沒把握。
經驗性的天氣預報,沒法做到定量、定時、定點的判斷。要做到這些,必須是客觀定量的數(shù)值天氣預報,這是20世紀50年代剛剛起步的一個領域。所謂數(shù)值天氣預報,就是根據(jù)大氣動力學原理建立描述天氣演變過程的方程組,然后輸入大氣狀態(tài)的初值和邊界條件,用計算機數(shù)值求解,預測未來天氣?!罢页鰵庀笞兓囊?guī)律,然后用數(shù)學方法把它算出來?!痹鴳c存如此形容。
在中央氣象臺實習的曾慶存,心里有了一個愿望:研究客觀定量的數(shù)值天氣預報,提高天氣預報的準確性。
1957年,曾慶存被選派至蘇聯(lián)科學院應用地球物理研究所讀研究生,師從國際著名氣象學家基別爾。在那里,曾慶存的學習勁頭以及數(shù)學物理功底,深得基別爾認可。博士論文選題,導師給了他一個世界性難題——應用斜壓大氣動力學原始方程組做數(shù)值天氣預報的研究。
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非常多。當時,科學界雖已嘗試用動力學方法進行天氣形勢短期預報,但都對方程組進行了嚴重簡化,預報精度較低,達不到實用要求。要使數(shù)值預報真的實用,還得在原始方程研究方面取得突破。
“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。”曾慶存回憶。
要用原始方程組進行數(shù)值天氣預報,第一步要了解大氣運動的規(guī)律,第二步要思考用何種計算方法。大氣運動如此復雜,這意味著計算量也非常大。而且,必須保證計算的穩(wěn)定性和時效性?!坝嬎愕乃俣缺仨氉飞咸鞖庾兓乃俣龋駝t沒意義。雨已經下了,你才算出來要下雨,有什么用?”曾慶存說。
那時候,超級計算機的發(fā)展才起步不久。要想“追上天氣變化的速度”,實現(xiàn)真正的預報,幾乎是不可能的。這意味著,必須在計算方法上有更多突破。
曾慶存苦讀冥思,每提出一個想法,就反復試驗和求證。那時候,蘇聯(lián)的計算機也非常緊缺,機時很少。他經常通宵達旦,先做好準備工作,爭取一次算完,立即分析計算結果,“燈火不熄,非虛語”。
1961年,幾經失敗后,曾慶存終于從分析大氣運動規(guī)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,一試便成功。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。該方法隨即在莫斯科世界氣象中心應用,預報準確率得到極大提升。應用原始方程是一個劃時代的進步,當今數(shù)值天氣預報業(yè)務都基于原始方程。半個世紀過去了,“半隱式差分法”至今仍在國際上廣泛使用。
這一年,曾慶存26歲。獲得蘇聯(lián)科學院副博士學位的他,踏上了回國的路。
3.“餓著肚子推公式”
再次踏上祖國的土地,曾慶存躊躇滿志。他“熱血沸騰,感而成句”,寫下一首《自勵》詩:“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?!?/p>
攀珠峰,即追求科學的最高峰。珠峰有“北坡難南坡易”一說,“踏北邊”除了寓意要“迎難而上”,還有何意?多年后,他如此解釋:珠峰北邊為中國領土,“踏北邊”就是要“走中國道路”。
回國后,曾慶存進入中國科學院地球物理研究所氣象研究室工作。由于當時沒有電子計算機,曾慶存便集中注意力研究大氣和地球流體力學以及數(shù)值天氣預報中的基礎理論問題,在數(shù)值天氣預報與地球流體力學的數(shù)學物理系統(tǒng)理論研究中取得重要成果。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(shù)值預報進一步的發(fā)展是極為重要的。
不僅僅是數(shù)值天氣預報,對于氣象預報和氣象災害監(jiān)測的另一個重要手段——衛(wèi)星氣象遙感,曾慶存也作出了開創(chuàng)性貢獻。
我國開始研制氣象衛(wèi)星后,1970年,曾慶存又一次服從國家需要被緊急調任為衛(wèi)星氣象總體組的技術負責人,進入自己完全陌生的研究領域。當時,氣象衛(wèi)星在國際上尚處于初始階段,溫濕等定量遙感都沒研究清楚。
那段時間,曾慶存很忙。自己生病,拖著病軀奔波于各地;妻子和幼子無暇照顧,只能托寄于農村老家。他就像自己口中的“賽馬”一樣往前沖,終于解決了衛(wèi)星大氣紅外遙感的基礎理論問題,利用一年時間寫出了《大氣紅外遙測原理》(“遙測”今稱“遙感”)一書,并于1974年出版。這是當時世界上第一本系統(tǒng)講述衛(wèi)星大氣紅外遙感定量理論的專著,其中提出的“最佳信息層”等理論,是如今監(jiān)測暴雨、臺風等災害性天氣的極重要依據(jù)。此外,他提出求解“遙感方程”的有效反演算法,成為世界各主要氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理和服務中心的主要算法,得到廣泛應用。
1988年9月,我國第一次成功發(fā)射氣象衛(wèi)星。在發(fā)射現(xiàn)場的曾慶存,喜不自禁,賦詩一首:“神箭高飛千里外,紅星遙測五洲天。東西南北觀微細,晴雨風云在目前?!?/p>
此后,曾慶存開展了集衛(wèi)星遙感、數(shù)值預測和超算為一體的氣象災害防控研究,有效提高了臺風等災害性天氣的預報預警時效和防控效果。近年來,他還帶領團隊積極參與全球氣候和環(huán)境變化研究,發(fā)起和具體參與地球系統(tǒng)模式研究,并提出自然控制論等新理論。2016年,曾慶存獲得全球氣象領域的最重要獎項——世界氣象組織頒發(fā)的國際氣象組織獎。
有人問,如此成就,曾慶存是怎么做到的?
與曾慶存共事多年的中科院大氣物理所研究員趙思雄,給出了一個答案。這個答案只有三個字:安、專、迷。
安,就是安心做事、安貧樂道。曾慶存剛回國時住幾平方米的房子,除了床幾無立足之地。但他心中的世界很大,在逼仄的空間里不分晝夜,完成了長達80萬字的大氣動力學和數(shù)值天氣預報理論專著《數(shù)值天氣預報的數(shù)學物理基礎》。此外,他腳上穿的是在家門口農貿市場買的布鞋,頭上戴的是多年前同事送的舊帽子?!瓣惥皾櫴切瑑浩?,你是帽兒破?!壁w思雄常跟曾慶存如此開玩笑,很多人也稱他為“曾景潤”。
專,就是專心做研究。曾慶存曾跟友人提及“時人謬許曾景潤”,希望大家不要再表達這種“善意”。他認為,所謂“曾景潤”,只是“潛心學問”的自然表現(xiàn)?!把啃奶镄l(wèi)紫微,管寧專注竟忘雷”,他寫詩自述心意。管寧因為讀書做事認真專注,而與行為相反的同學華歆割席分坐。曾慶存要守護心中的“紫微”,唯有潛心和專注。
迷,就是癡迷。趙思雄說,“餓著肚子推公式”,這種事情在曾慶存身上沒少發(fā)生。算方程和推公式入了迷,經常忘記吃飯和睡覺。
“現(xiàn)在就缺這種安、專、迷的精神?!壁w思雄不無遺憾地說。
4.純正的科學良知
曾慶存在中科院有著“詩人院士”的美譽,已經出版了兩本詩集。他說,搞科學太累了,寫詩當作一種調劑。
作為一名氣象科學家,曾慶存把風云變幻寫進詩里。他以四季入詩,以節(jié)氣入詩,以風、雪、雨、雷入詩。寫風沙天氣,“可憐桃李花開際,千里黃塵蔽日空”;寫初冬寒潮,“戀枝黃葉忽稀疏,樹動塵揚水不波”;寫春季天氣陰晴變化快,“桃花剛笑靨,楊穗又驚心”;寫人工降雨試驗成功,“諸葛佳談傳千古,東風今日始登壇。飛機撒藥沉云滴,土炮轟雹化雨幡”。
在曾慶存看來,科學是理性的,藝術是感性的,但兩者是不可分離的,“做學問也是講究美的,寫詩雖受心血來潮的靈感沖動所引起,但其意境或其形象的演變與發(fā)展過程以及其表達,則是理性思維的范疇”。
曾慶存自謂“非專業(yè)詩人”,寫的大多是“不登大雅之堂的詩篇”。不過,他知道何以為詩——“詩言志”。他在詩中表達的“志”,是科學,是家國。在自己的詩集《華夏鐘情》里,他如此自剖:
這些詩篇,有“科學鉆研心靜寂”的寧靜,有“華夏情鐘騰熱血”的激昂,有痛感我們在國際上蒙受不公正對待而“異國魂銷難入夢”的悲憤,有發(fā)奮圖強而“愚公有志垅山移”的決心。
中科院原黨組副書記郭傳杰從曾慶存的詩歌和人生里,讀出了“執(zhí)著的愛國情結”和“純正的科學良知”。
20世紀80年代,我國基礎研究處境艱難,中科院去各部門調研,聽取科研人員的意見。調研的第一站是大氣所,曾慶存當時剛挑起中科院大氣所所長的大梁。調研組的郭傳杰至今清晰地記得曾慶存的那一番肺腑之言:
“古人陶淵明,不為五斗米折腰。如果為自己,我也不會為幾斗米去折這不高貴的腰。但現(xiàn)在我已經折得腰肌勞損了,而且還得折下去。因為我在主持大氣所的工作,不能讓先輩創(chuàng)立的這么優(yōu)秀的研究所在我手上敗下去。大氣研究對國計民生非常重要,我們研究所雖然規(guī)模不大,但有一群愛研究的科學家。我們希望國家重視基礎研究,讓大家有一個可以安心做基礎研究的環(huán)境?!?/p>
30多年過去了,曾慶存說的每一個字似乎已經刻在了郭傳杰的腦海里,揮之不去,時有回響?!半m然我不是曾慶存的學生,但我一直把他當作良師。”他說。
仍然是80年代,大氣所當時還沒有大型計算機。曾慶存認為,要讓大氣研究走得更快,必須購置大型計算機?!爱敃r別人對此不理解。曾慶存就不斷地往相關部門跑,不停地解釋,終于獲得了經費。但光有經費還不行,因為國外計算機對我國封鎖。他托人從香港巧妙繞過國外封鎖,引進了一臺當時在國際上很先進的計算機?!敝锌圃捍髿馕锢硭芯繂T洪鐘祥回憶。
二十多年前的一個風雨交加之夜,中科院大氣物理所研究員胡非與導師曾慶存撐傘立在路旁,討論陣風揚塵問題,滔滔不絕,還談起了治學與人生。事后,曾慶存意猶未盡,寫了一首詩贈胡非:“陣風斜雨夜,撐傘立談文。既蓄高峰志,勿擾世俗塵?!?/p>
那個晚上的“撐傘”之談,確實很有收獲。后來,師生合作研究出了大氣邊界層陣風揚塵的機理。但胡非收獲的不僅僅是一個研究成果,更是一種科研態(tài)度:做科研,要不懼風雨,要心中無塵。
胡非說,他時常想起屈原的詩歌《橘頌》,覺得里面有兩句詩,很契合曾老師形象——蘇世獨立,橫而不流。
曾慶存心中的科學家精神,就是“為國為民為科學”,沒有這種精神搞不好科學研究。而且,他還教導學生,科學研究若想取得成功,還需要“能坐得住冷板凳,要勇敢、要堅毅”,要有“十年磨一劍”的精神。
“少時長于竹林蕉葉之下”的曾慶存,對家鄉(xiāng)的綠竹和芭蕉“感慕殊深”。他曾寫詩《綠竹芭蕉贊》,稱羨竹子的“獻綠山河不著花”“有節(jié)無心人已贊”和芭蕉的“從來軀干唯高直,羞臉低頭不較功”。
他希望自己能做一株綠竹或芭蕉。
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曾慶存簡介
曾慶存,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(yè)于北京大學物理系,1961年在蘇聯(lián)科學院應用地球物理研究所獲副博士學位,1980年當選中國科學院學部委員(院士)。曾慶存院士在現(xiàn)代大氣科學和氣象事業(yè)的兩大領域——數(shù)值天氣預報和氣象衛(wèi)星遙感作出了開創(chuàng)性和基礎性的貢獻,為國際上推進大氣科學和地球流體力學發(fā)展成為現(xiàn)代先進學科作出了杰出貢獻,并密切結合國家需要,為解決氣象業(yè)務關鍵問題作出了卓著功績。
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