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作者：刘玉杰 发布时间：2020-10-30
导读： 多年来，赵纯的研究主要聚焦在基于国际主流的公共大气模式框架，发展其中的关键大气过程模块，使模式能够更有效地模拟区域多尺度大气过程以及它们之间的相互作用，为国家“宜居地球”的科学发展战略提供关键的技术支撑并解答其中与大气污染及极端天气相关的关键科学问题。
大气污染是怎么形成的？在工厂和汽车同样运行的情况下，为什么有的时候有污染，有的时候就没有？极端天气是如何发生的？其背后的机制是什么？如何预测预警及防范？
“很显然，大气污染物浓度变化不仅仅是由人类活动所导致，它还跟大气的状态有很大的关系，也就是说跟天气相关。而极端天气关系着社会民生，认知其发生发展机制并准确地预测是至关重要的。”中国科学技术大学教授、博士生导师赵纯在接受记者采访时说。
多年来，赵纯的研究主要聚焦在基于国际主流的公共大气模式框架，发展其中的关键大气过程模块，使模式能够更有效地模拟区域多尺度大气过程及它们之间的相互作用，为国家“宜居地球”的科学发展战略提供关键的技术支撑并解答其中与大气污染及极端天气相关的关键科学问题。
赵纯曾获得美国佐治亚理工大学的Glen Cass奖，该奖项每年颁给一位优秀的博士毕业生；2016年入选国家创新人才计划；2017年又获得“求是杰出青年学者奖”，是该奖项自1995年设立以来首次颁给大气科学领域研究学者。而这些荣誉的获得与他勤勤恳恳在大气科学领域的耕耘分不开。
孜孜以求 硕果累累
“简单来讲，我们的工作就是在超级计算机平台上构建仿真的大气系统，在仿真的环境中去认识大气的各种状态和特征。”赵纯解释，在数学、物理、化学等领域，有很多的理论，而这些理论综合起来解释了大气中的状态及运动过程，包括大气污染和极端天气等。他的工作就是基于这些理论构建大气模式并回答大气科学问题。
“大气过程是多尺度运动相互作用的结果，而大气模式则是研究多尺度大气运动及其相互作用机制的有力工具。”赵纯说，认知这些多尺度过程间的相互作用对揭示大气污染形成、复杂天气过程变化机制有着重要的意义，而如何有效地数值模拟这些过程，进而准确地预报区域大气污染及极端天气过程，仍然是一项艰巨的任务，既是国际前沿科学难点，也是国家“宜居地球”科学发展的战略需求。
传统的全球均一空间分辨率大气模式，是研究大气环流等大尺度过程的重要工具，广泛应用于全球大气模拟研究中，然而受限于计算资源，该种模式目前主要使用于较粗的空间分辨率模拟，对于小尺度过程及强迫，往往进行简化。“目前可以有效模拟区域小尺度大气过程的数值模式主要包括区域大气模式和全球变尺度大气模式。”赵纯说，这也是这些年来他比较专注的两个研究方向。
赵纯的研究主要基于公共大气模式，这是国际主流的开源软件，如同手机的安卓系统一样。开源意味着全世界的人共同使用、共同发展，这能保证模式的先进性和影响力。赵纯是在美国接触到这一研究领域的，当时他就被深深吸引了。他一心扑到了这一研究领域中，就再也没有停下来。从最初的懵懵懂懂，到后来越来越了解，如今，赵纯已经成为区域大气模式的主要开发者之一。不仅在中国，国外很多研究者也会和他合作开展大气模式领域的研究。
赵纯在区域模式里发展了颗粒物对天气过程影响的模拟方法，然后基于这些方法研究了一些具体的科学问题。方法研制出来以后，全世界有非常多的人在使用。“颗粒物的污染，不仅对人体健康有影响，对天气过程也会有影响。”赵纯解释道，对此，以往的研究者大多使用全球粗分辨率模拟去研究它，用通俗的语言说就如同用比较低像素的手机，看得不是很清楚。而用区域大气模式，可以在高精度下、在观看清晰的情况下，去研究大气颗粒物对天气过程的影响。
除此之外，近年来，赵纯的研究也专注于逐步发展起来的新一代全球变尺度大气模式。“它跟以往的全球模式不同。”赵纯解释，这种大气模式融合了传统全球模式和区域模式的特点，适用于研究区域大气多尺度相互作用机制。而这也是赵纯从美国开始，回国之后一直到现在还继续从事的研究工作。
“发展区域大气模式和全球变尺度大气模式，并开展区域高空间分辨率数值模拟实验，是研究区域复合大气污染及复杂天气过程和气候变化机制的重要途径。”赵纯说。而基于这些模式，他也确实取得了很多成果。
截至2020年6月，赵纯在大气科学领域有国际高影响力杂志上发表论文90余篇，SCI总引用2700余次，其中3篇第一作者论文被列为国际主流大气模式的关键模块官方参考文献。
赵纯的这些研究成果，也得到了国际上的认可。他长期担任领域内多个国际期刊审稿人，2013年被国际SCI杂志Aeolian Research邀请为客座编辑，2019年被邀请担任美国地球物理协会杂志Journal of Geophysical Research-Atmosphere副编辑和英国物理协会杂志Environmental Research Communication编委成员，2020年受邀担任中国卓越期刊Advances in Atmospheric Sciences编辑。他曾参与中国国家自然科学基金，美国国家自然科学基金、美国大气海洋管理局、美国航空航天局项目评审，并被聘为国家重点研发计划项目专家委员会专家。他在国际上多次组织和领导大气数值模拟领域的重要学术活动，并多次受邀在国内外知名会议及研究机构作学术报告。
九层之台 起于累土
合抱之木，生于毫末；九层之台，起于累土。赵纯的成就与他在大气科学领域长期的耕耘分不开。而他与大气科学结缘，还得追溯到在中国科学技术大学学习的时候。
2001年9月，赵纯考入中国科学技术大学，进入地球和空间科学学院。“我的专业是地球物理，就是跟地球科学相关的物理学。”赵纯说。高中时，赵纯就对物理很感兴趣，觉得只要是与物理相关的都可以去学，因此欣然接受了这个专业。本科4年，大一、大二乃至大三，赵纯学的基本上都是数理化最基础的知识，这为他以后的发展奠定了坚实的基础。
2005年本科毕业后，赵纯获得了美国佐治亚理工大学的全额奖学金资助，继续攻读大气科学专业博士学位。“我进入了一个以大气数值模式发展及应用为研究方向的实验室。”赵纯说，导师交给他的第一项科研任务，就是构建一个区域大气模式。
“我个人本科4年对计算机的了解其实不是很多。”赵纯坦言，因为那个时候中国的计算机不像现在这么普及。而刚获得学士学位的他，当时只是对大气科学有一点了解。因此，一开始赵纯的工作进度非常慢，遇到了很多的问题和困难。
“那时候我学习得很辛苦，经常会工作到非常晚。差不多一年多以后，我慢慢地发现数值模式研究其实非常有意思。”赵纯说，因为是在计算机里面构建一个模型，而这个模型又能够在一定程度上再现真实世界的东西，这引起了他的兴趣，让他打算继续做下去。在研究过程中，赵纯发现自己越来越擅长，兴趣也越来越浓厚。两年以后，赵纯构建了一个自己“一砖一瓦”搭建起来的模型。“构建完模型以后，基本上就是基于模型做了几项工作，然后发表、毕业。”赵纯轻描淡写地说。
“所以进入大气数值模式研究领域并不是我自己选的，从某种角度上来讲，是因为去了美国那个实验室，自然就需要做这些工作。”赵纯谦虚地说，他把与大气科学的结缘归结为机缘巧合。
现在，在大气数值模式领域，中国已经迎头赶上，但是在赵纯去美国的那个年代，国外还是比国内先进很多。在美国，他能够接触到最新的模型概念，可以基于当时最新的模型来开展一些研究工作，同时国外数值模式研究的很多理念，跟当时国内的理念也不太一样，这为他之后的创新性研究奠定了非常好的基础。博士毕业后，赵纯来到美国能源部太平洋西北国家实验室从事博士后研究，之后又任研究员。
直到现在，回想起自己在国外求学、工作的经历，赵纯仍觉得受益匪浅——这给了他一个机会，刚好还是自己比较擅长的。
兴趣支撑 教学相长
2017年年初，赵纯回到了自己的母校中国科技大学，成为一名教授，有了自己的学生。从研究员到博士生导师，赵纯所扮演的角色越来越多，他的责任也越来越大。
“我的研究生大部分都还没有毕业，所以也很难讲我现在对他们的培养方法、要求是不是对的。”赵纯说，他只能根据自己的经历去教学生。
在美国求学的经历让赵纯明白，数值模式需要去构建和理解，而不是仅仅去使用，这对他现在的研究帮助非常大，因此赵纯会告诉他的学生，对于数值模式，不仅要会用，更要去认知和精通它。现在赵纯会刻意培养学生的技能，让他们做一些有挑战性的工作，真正学到一些最前沿的知识和技能。
当初是因为对数值模式产生了兴趣，才支撑赵纯一步步走到了现在，因此他现在总是告诉自己的学生，从事科学研究，首先要对研究的内容感兴趣，不能只是为了发表文章，或者只是为了帮助导师完成项目，必须要做一些创新性的、有国际影响力的研究。
“只有这样，学生才能更具有竞争力，他们毕业后在成千上万个博士中，才能脱颖而出。”赵纯说。
回国3年，赵纯的研究团队逐渐壮大。现在，他的团队里有6位博士生、9位硕士生，还有几位本科生。一边是科研，一边是教学，赵纯努力平衡着两者，实现教学相长。“对我的学生，我基本上采取手把手的管理模式。”赵纯说，“如果他们遇到很有挑战性的工作，很多时候我都会跟他们坐在一起探讨”。
对于以后的工作，赵纯的想法很简单，就是和自己的团队一起，脚踏实地的做好科研，发展更加完善的大气模式，并通过数值模拟解决一些重要的科学问题，期望能使得人们的生活环境更加宜居。
专家简介
赵纯，中国科学技术大学地球和空间科学学院教授，博士生导师。2005年本科毕业于中国科学技术大学，2009年于美国佐治亚理工大学获得大气科学博士学位，同时获得该校Glen Cass奖，该奖项每年颁给一位优秀的博士毕业生。2014年在美国能源部国家实验室工作期间，获得杰出贡献奖。2016年入选国家创新人才计划。2017年获得“求是杰出青年学者奖”，是该奖项自1995年设立以来首次颁给大气科学领域研究学者。
赵纯的研究领域主要聚焦在区域及全球模式的开发和应用，主要专注如何利用数值模拟的方法来研究大气多尺度过程间相互作用机制，包括区域大气污染、极端天气及它们之间的相互作用。高度参与了国际主流大气模式WRF-Chem和MPAS模式的开发及其在大气污染及气溶胶、辐射、云、雨相互作用方面的研究。其中所开发的WRF-Chem模块受到国内外同行的广泛使用，所领导的团队为WRF-Chem主要开发团队中列出的唯一中国高校研发团队。截至2020年6月已在Nature Geoscience、Nature Communication、PNAS、ACP、JGR等国际SCI期刊上发表文章90余篇，SCI总引2700余次，论文高影响H指数34。长期担任多个学术期刊评审和基金评审专家，并多次主持国际会议专题会场，目前担任Adv. Atmos. Sci. (AAS)编辑，JGR-Atmosphere副编辑，Environmental Research Communication编委等。
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