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气象学家曾庆存获2019年度国家最高科学技术奖
2020-01-15 09:03:27    来源:    作者:

  档案:

  曾庆存,男,1935年5月出生于广东省阳江市。中国科学院大气物理研究所研究员,国际著名大气科学家。1956年毕业于北京大学物理系,1961年在苏联科学院应用地球物理研究所获副博士学位。回国后先后在中国科学院地球物理研究所和大气物理研究所(以下简称大气所)工作,曾任大气所所长,中国气象学会理事长、中国工业与应用数学学会理事长。1980年当选中国科学院学部委员(院士),1994年当选俄罗斯科学院外籍院士,1995年当选发展中国家科学院院士,2014年当选美国气象学会荣誉会员(该学会最高荣誉),是全国劳动模范、全国先进工作者、第十三和十四届中共中央候补委员。

   曾庆存院士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杰出贡献,并密切结合国家需要,为解决国家相关气象业务关键问题做出了卓著功绩。

  在大多数现代人的生活里,获取天气预报已经成为一种习惯,无论是通过电视、手机、广播、报刊,还是口口相传。但如果翻阅文献,就会发现,在人类长久的历史里,风云变幻、电闪雷鸣曾被归因于神的伟力。实际上,从观云看天的经验预报,到在高性能计算机平台上利用数学物理方法预测阴晴雨雪,仅仅过了约一个世纪。

  数值天气预报的成功,被称为20世纪最伟大的科技和社会成就之一。与其他“轰鸣”的变革不同,跋涉在这条路上的科学家——有山底的拓荒者,也有山峰上扎营者和攀登者,在试错、改进、再试错中不断获得点滴进步,才最终促成了这一伟大变革的实现。

  回首过往百年间,纵观全球气象界,曾庆存都是一个必须要提到的人。

气象学家曾庆存获2019年度国家最高科学技术奖

  曾庆存。来源:中国科学院大气物理研究所

  一

  春夏之交,我国很多地区常发生晚霜。1954年,一场晚霜冻死了河南40%的小麦,严重影响了当地的粮食产量。

  多可惜。“如果能提前预判天气,做好防范,肯定能减不少损失。”当时,正在北京大学读书的曾庆存因为挨过饿,被深深地触动了。

  上世纪30年代,曾庆存出生于广东阳江一个贫困农民家庭。他曾在《和泪而书的敬怀篇》一文中提到:“小时候家贫如洗,拍壁无尘。双亲率领他们的孩子们力耕垅亩,只能过着朝望晚米的生活。深夜劳动归来,皓月当空,在门前摆开小桌,一家人喝着月照有影的稀粥——这就是美好的晚餐了。”

  虽然家境贫寒,父母对孩子的教育却格外上心。曾庆存的哥哥曾庆丰到了该上学的年龄,他们毫不迟疑地送他上学。那时,曾庆存尚年幼,父母白天在田间劳作,无暇照顾,只好让哥哥带着去学堂。这样,他的学生时代以非正规的方式开始了。

  兄弟二人都对这来之不易的读书机会倍加珍惜。小学没毕业,他们便参加了百里挑一的“跳考”,直接进入初中读书。上了中学,兄弟俩又因成绩优异,先后获得了公费读书的机会——全校总共不过16个名额。

  1952年,国家经济开始全面恢复,政府重视和扩大高校招生,曾庆存响应国家号召报考了北京大学物理系,被顺利录取。

  彼时,新中国气象事业百废待兴,但无论是抗美援朝,还是国内的国民经济建设,都急需气象科技人才。北大物理系准备安排一部分学生学气象学,老师鼓励说:“而今万事俱备,只欠东风。”意思说,国家已为大家准备好学习条件,只待大家安心学习。很快,曾庆存成为这个熟悉又陌生的学科学员之一。

  20世纪50年代的气象科学还处于描述性和半理论半经验阶段,国际上的天气预报刚从经验性预报向客观定量化的数值天气预报起步,后者是在一定条件下将大气复杂状态数据,通过大型计算机,用可计算的方程模型做数值计算,预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。

  准确把握流淌的风、翻腾的云、奔涌水汽的动向,谈何容易?但年轻的毕业生曾庆存下定决心,要研究客观定量的数值天气预报,提高天气预报的准确性。

气象学家曾庆存获2019年度国家最高科学技术奖

  曾庆存生活照。来源:中国科学院大气物理研究所

  二 

    1956年,即将大学毕业的曾庆存提交了入党申请书。他说:“我入党的初心非常简单,响应党中央向科学进军的号召,为祖国建设贡献力量。我决心把一切献给党、献给祖国和人民。”从大学选专业开始,到毕业后的每一个选择,他都践行了这份初心。

  适逢国家正在进行大规模经济建设,派遣学生去苏联留学成为当时国家科技事业发展的重要措施。1957年底至1961年初,曾庆存通过国家考试,被选拔派遣至苏联科学院应用地球物理研究所,师从国际著名气象学家、苏联科学院通讯院士基别尔。

  基别尔看他数学物理功底扎实,为他选择了一道理论分析十分困难、计算起来极其复杂、时人不大敢问津的世界著名难题——应用斜压大气动力学原始方程组做数值天气预报的研究,作为他的论文题目。

  “他把这个题目给我时,所有师兄都反对,认为我不一定研究得出来,可能拿不到学位。但导师信任我,还是让我选择了这个题目。”曾庆存说。年轻的他,还未预料到自己将做出世界数值天气预报史上里程碑式的成果。

  大气动力学原始方程组是世界上最复杂的方程组之一。因为大气运动本身就非常复杂,包含涡旋和各种波动的运动过程及其相互作用,需要考虑和计算的大气物理变量也非常多,涉及温度、气压、湿度、风向和风速等。当时,科学界虽已尝试用动力学方法作天气形势短期预报,但都对方程组做了很严重的简化,预报精度比较低,达不到实用要求。要使数值预报真的实用,还得在原始方程研究方面取得突破。

  反复试验,几经失败之后,曾庆存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。他提出的方法叫“半隐式差分法”,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。

  可以说,应用原始方程是一个划时代的进步,当今数值天气预报业务都基于原始方程。

  1961年,曾庆存在苏联科学院获副博士学位后立即回国。他写下《自励》诗剖明心迹:“温室栽培二十年,雄心初立志驱前。男儿若个真英俊,攀上珠峰踏北边。”

气象学家曾庆存获2019年度国家最高科学技术奖

  曾先生成为美国气象学会荣誉会员。来源:中国科学院大气物理研究所

  三

  回国后,苦于当时没有电子计算机条件,曾庆存便集中注意力研究大气、地球流体力学以及数值天气预报中的基础理论问题。这在当时看来是十分抽象和脱离实际的,但后来证明这对数值预报进一步发展意义重大。

  曾庆存在数值天气预报与地球流体力学的数学物理基础理论研究中做出开创性、系统性贡献,并对数值天气和气候预测模式的研制与计算地球流体力学进行了开创性研究。

  1970年,曾庆存再次服从国家需要,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,解决了大气红外遥感的基础理论问题。他用一年时间写出了《大气红外遥测原理》一书,于1974年出版。该书是当时国际上第一本系统讲述卫星大气红外遥感定量理论的专著。他提出了求解“遥感方程”的有效反演算法,已成为世界各主要卫星数据处理和服务中心的主要算法,得到广泛应用。

  面向国家需求,曾庆存在上世纪80年代起致力于跨季度气候数值预测以及集卫星遥感、数值预测和超算为一体的气象灾害防控研究。

  漫漫科研路,成果尤为丰硕。曾庆存先后获得全国科技大会奖两项,国家自然科学二等奖两项,何梁何利科学技术进步奖,中国科学院自然科学一等奖五项和杰出科技成就奖一项,于2014年被美国气象学会授予其最高荣誉——荣誉会员,于2016年被联合国世界气象组织授予该组织的最高奖——国际气象组织奖。

气象学家曾庆存获2019年度国家最高科学技术奖

  第61届国际气象组织奖IMO奖颁奖现场。来源:中国科学院大气物理研究所

  四

  1984年,49岁的曾庆存扛起大气所所长的大梁。

  那是一段艰难岁月。当时,我国基础研究正处于极其困窘的境地。大气所缺乏科研经费,没有科研大楼,实验室简陋,研究生没有自习室,没钱买资料、更新设备,生活条件更不必说,加上体制改革带来的变化冲击,这根“大梁”并不容易扛。

  1984年11月,刚刚上任数月的曾庆存提交了“办所方针和改革设想”,提出长远目标是把大气所办成“一个社会主义的现代化的研究所”,成为“我国的一个高水平的大气科学研究中心,对国内外开放,在世界大气科学发展中做出贡献”。

  在他的带领下,大气所上下一心,迎难而上,经历了科技体制重大变革,迈进了蓬勃发展阶段。曾庆存担任大气所所长9年期间,中国科学院建设的国家重点实验室中有两个是大气科学领域的,即大气所建成了“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”。

  1987年大气所向第三世界科学院(现称“发展中国家科学院”)申请,并于1991年成立了“国际气候与环境科学中心”,成为“中国科学院(CAS)-发展中国家科学院(TWAS)优秀中心”和“南方科技促进可持续发展委员会优秀科学中心”,该中心正式接收外国博士生。后又以此为基础,成立了CAS-TWAS-WMO国际气候论坛,已成为CAS与TWAS有关气候变化研究的品牌论坛。

  对于曾经教导过、帮助过他的老师或前辈,他总是怀抱一颗感激和崇敬的心。对引领他走上大气科学道路的中国气象学界一代宗师和奠基人——中国科学院院士谢义炳,曾庆存更有着一份特殊的感情。“让我印象最深的是谢先生的爱国情怀、科学情怀和培养学生薪火相传的情怀。他教育我们说,应该多为国家想,多考虑气象预报业务工作。他爱生如子,大学毕业时,我因家贫极想工作以孝敬双亲,恩师得知后按期给我家寄钱,消除我后顾之忧,让我安心去苏联读书。我非常感激谢先生,我希望这样的精神能薪火相传。”

  这句感谢绝不是一句空话,而是一句被曾庆存践行一生的承诺。

  他对一些科研素质优异却不能继续科研道路的学生十分痛心,对于家里有困难的学生,他同样自掏腰包,帮助他们。曾庆存为我国气象事业培养了一批又一批优秀研究生和学者,这些人中的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,其中包括三位中国科学院院士、两位中国人民解放军少将、一位中国气象局副局长和多名学科带头人。曾庆存还为发展中国家培养了多位留学生,其中包括中科院首个外籍博士古拉姆•拉索尔,后者回国后任巴基斯坦国家气象局局长。

  五

  2005年,曾庆存在《气候与环境研究》发表了一篇题为《帝舜(南风)歌考》的小文。

  这篇文章来源颇为有趣。当时,他的学生张铭教授在南京投入季风研究,在追踪季风认识历史的时候,忽然想起少时诵读的古诗中有帝舜《南风》歌,心思一动,这不正是夏季风吗?

  搜索文献后,张铭欣喜若狂,几乎忘了曾庆存尚在千里之外,立即动身前往北京。两人相见后分享这一所得,一起坐下来解读这首古诗。

  兴之所至,曾庆存写下诗歌:“季风时兮民康物阜,中华文化兮灿烂婀娜。继往开来兮中华学子,发扬我炎黄德智兮,永据科技之先河!”

  这或许能让人从他一贯的严谨与沉静之外,窥见那热血沸腾的诗意一面。

  但若再了解一下他为何如此兴奋,更为他深沉的爱国之情所打动。原来,这首《南风》歌,可以溯源到世界上最早对季风的文字记载,更将人类对季风的认识和记载提前到公元前23至前22世纪中国古文明的尧舜时代。“这是中华民族对世界科学的巨大贡献,中国人应引以为自豪。”曾庆存在文中写道。

  如今,耄耋之年的曾庆存依旧奔波在科研路上。地球系统模式是当今全球气候和环境变化问题研究的制高点。曾庆存是建立我国地球系统模式的主要倡导者、领导者,并参与具体设计和研制。2011年中国科学院提出以研制我国地球系统模式为首要任务并带动地球系统数值模拟研究的大科学装置,2016年获国家批准,曾庆存是该项目的创导者和科学总指导。

  “我曾立志攀上大气科学的珠穆朗玛峰,也一直努力攀登,但种种原因所限,我没能登上顶峰,大概在8600米处初步建立了一个营地,供后来者继续攀登,尤其希望国人有志登顶,寄厚望了。”曾庆存说。

  时常,也能见到他与孩子们在一起的身影。比如2019年世界气象日,在科普讲座之后,曾庆存就被孩子们围了上来,回答问题、印手模、题字,他一样一样来,没有丝毫不耐烦。在他的心里,这些孩子正是中国科学事业的未来。

  来源:中国气象报社

    作者:赵晓妮

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