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曾庆存:欲登珠峰 与天博弈
——记2019年度国家最高科学技术奖获奖者曾庆存

作者:段盼盼    发布时间:2020-02-01

导读:  气象万千,变幻莫测。曾庆存的一生其实就做了一件事情,那就是从这无穷的变幻里不断精确人们可以掌握的规律,以此来造福人民,造福国家。   

  2020年将是曾庆存的丰收年。
  这一年,作为大科学装置总项目的创导者,以及地球系统模式研制的总负责人之一,他参与的国家大科学装置——地球系统数值模拟装置将完成建设。虽然他不愿在其中担任正式头衔,但这却并不妨碍他在其中发挥重要的作用。
  另一件喜事是在如期到来的国家科学技术奖励大会上,曾庆存问鼎国家最高科学技术奖。这不仅是对他个人的认可,更是对中国气象学界的高度认可。
  与天博弈六十余载,曾庆存见证了新中国气象学事业发展的一路坎坷,一路收获,他也逐渐成为这其中的关键人物之一。
  
远在他乡露锋芒
  新中国成立初期,我国的气象事业刚刚起步。也就在这时,曾庆存以优异的成绩顺利考取了北京大学物理系。恰逢当时国家遭受了几场严重气象灾害,亟需建立气象学的业务和研究,在恩师谢义炳院士的建议和教导下,曾庆存选择了大气物理学,并为之奋斗一生。
  1957年,我国气象站的发展初具规模,迅速建成了具有一定密度的气象台站网,并开始为公众服务。为了改变气象科学知识相对落后、国内学科人才相对缺失的情况,国家分派一批人到苏联学习气象专业,曾庆存名列其中。在苏联学习期间,曾庆存很快发现了自己的不足,“我数学不如人家,差远了,可以这么讲,力学也比他们差远了”,为此他专门跑到莫斯科大学恶补学术基础。经过一年半的不断追赶,他在数学、气象动力学和大气物理方面均取得了优异的成绩。
  因为成绩优异,能力突出,曾庆存的研究生导师交给了他一个难度极高的论文题目,即应用原始方程作数值天气预报的研究。实际上这是一个国际上都未解决的大难题。面对如此大的挑战,曾庆存不但没有心生退缩,反而还十分激动。他立马投入到研究当中,开始了没日没夜的计算。但是,当时的计算机精确度太低,这又为他求解原始方程加大了难度。
  在导师的指导下,经过近两年的反复大量运算之后,曾庆存终于提出了一个数值求解原始方程的办法,建立了“半隐式差分”方案,成为世界上最早成功应用原始方程进行实际数值天气预报者。通过实践证明,这一方法使天气预报的准确率达到了60%以上,一年以后苏联开始应用原始方程形成业务,而美国到1966年才完全解决原始方程。
  至今,曾庆存首创的“半隐式差分”方法仍在应用,但当时的曾庆存并不知道,这个他费尽心思解出的原始方程将完全改变中国气象科学的发展走向。
  
攀上珠峰踏北边
  “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。”这是曾庆存回国之后,有感而发所作的诗。1961年,26岁的曾庆存毕业回国,立志要攀登大气科学的珠穆朗玛峰,为我国气象事业发展贡献自己的一份力量。然而,再高的志向都需要考虑现实因素。虽然我国的气象事业已经全面铺开,但当时并没有大型的计算机来支撑大量高难度计算的实现。很长一段时间,曾庆存只能一边做一些气象研究理论工作,一边坚持推进改善原始方程。
  曾庆存很早就意识到了数值天气预报的重要性,在见证了1975年河南驻马店特大暴雨灾害所造成的损害后,他更下定决心要发展我国的数值天气预报,提前防汛,减少国家和人民的损失。与此同时,我国也已经开始研制自己的气象卫星,曾庆存被抽调到我国气象卫星设计的总体规划工作组担任科技骨干,从事气象卫星设计和卫星遥感研究工作。
  这一工作对于曾庆存来说是一个重要机会,监测是数值天气预报的基础,一旦气象卫星研制成功,数值天气预报可以根据气象卫星监测获得更大范围的气象资料,从而更加准确、全面地预报出未来的天气。“灯冷蚊叮夜揣摩”,经过无数个无眠的夜晚,最终曾庆存把自己的研究成果上升为理论,于1974年出版了《大气红外遥感原理》一书。这是当时国际上第一本系统讲卫星红外遥感定量理论的专著,提出的最佳信息层等概念和方法清楚地说明了测湿和测温问题的原则差别,澄清了当时的模糊和错误观念,并为选择遥感通道提供了合理的原则。
  在曾庆存的研究理论基础之上,我国自行研制的第一颗气象卫星“风云1号”也于1988年9月7日发射成功,并在第一时间传回了清晰的遥感图像。结合数据,他又出版了一部长达80万字,将数学、力学和气象学有机地结合起来的大气动力学和数值天气预报的专著。该专著汲取了各学科之所长,即使现在看来,也是走在了学科交叉的前沿。
  至此,我国正式起步建立数值天气预报业务系统,虽然比国外晚了整整25年,但是曾庆存有信心可以在技术上实施赶超。到20世纪90年代中期,在曾庆存的带领下,在曾庆存团队多年不懈的努力下,我国的数值预报水平已与先进国家基本相同。现在,数值天气预报业务已经是我国天气预报的常用业务,它能够及时有效地预报日常天气和气象灾害,在保护公民生命财产安全方面起到了重要作用。
  
未到珠峰路尚遥
  60多年来,曾庆存一直在跟气象打交道,与气象学科相关的一切都已经深入他的血液。数值天气预报发展至今,他始终没有停下研究的脚步。为了了解全国各地的地貌情况和气象观测数据,他走遍了全国各地的气象站,希望全面了解各个地方的数据情况,精准自己的业务成果。
  在这期间,为了适应大气科学发展的潮流和解决实际问题的需要,曾庆存还开展了气候动力学、气候系统模式和数值气候预测理论方法的研究,并于1994年建立了世界首个夏季降雨量距平预告方法。由于他出色的研究工作在国际上得到了广泛认可,1994年他被选为俄罗斯科学院外籍院士,1995年被选为第三世界科学院院士。
  在对数值模式的持续研究中,曾庆存敏锐地意识到,随着高性能计算机技术的迅猛发展,中国通过数值模拟手段,可以对整个地球系统进行模拟和预测。对此,他领导和参与了我国自主研制的地球系统动力学模式,还与多位科学家一起倡议推动建设了地球系统数值模拟装置。
  地球系统数值模拟装置可以研究和预估全球气候和生态环境变化,在精确数值天气的基础上,提前预估近一年甚至几十年的气候情况。该装置的建设与应用将为我国防灾减灾、应对气候变化、大气环境治理等重大问题提供科学支撑,促进我国地球科学整体向世界一流水平跨越。
  2017年5月16日,82岁的曾庆存捧回了被称为“气象界诺贝尔奖”的“国际气象组织奖”,这是全球气象界的最高荣誉奖项。尽管如此,曾庆存仍认为自己并没有登上顶峰,他说道:“如果把大气科学整体比作珠穆朗玛峰,那么这些年来,我一直在努力攀登,但是种种原因所限,我没有达到。我只登到了大概8600米的地方,建了一个营地,希望年轻人可以借助这个营地真的登上珠穆朗玛峰。”
  气象万千,变幻莫测。曾庆存的一生其实就做了一件事情,那就是从这无穷的变幻里不断精确人们可以掌握的规律,以此来造福人民,造福国家。科
  
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