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乐做海洋科学逐浪人

来源:  发布时间:2021-10-22

——记国家海洋环境预报中心研究员王辉

吴应清

 

 

国家利益延伸到哪里,海洋环境预报保障能力就需要覆盖到哪里。因此,建立全球业务化海洋学预报系统是国家和社会的迫切需求。作为海洋预报领域的专家,国家海洋环境预报中心研究员王辉始终秉持一丝不苟和勤勤恳恳的态度,凭借扎实而深厚的专业积累,结合学科发展前沿,他带领团队进行不断的验证、实验、总结,通过引进开发和自主创新相结合的方式,在国内首次构建了覆盖全球大洋到中国海的综合性业务化海洋学预报系统。

“雪龙号”极地遇险脱困预报保障、马航MH370失联飞机搜救预报保障、“蛟龙号”多次深潜海试预报保障、“亚丁湾护航”多年预报保障、日本福岛“3·11”地震海啸核泄漏影响评估工作、西沙珊瑚岛渔船失事人员搜救保障等都使用全球业务化海洋学预报系统,该系统投入业务化运行后,在诸多海洋重大问题的应对中都发挥了重要作用。

“下一步,通过不断创新、攻坚克难,不断升级的全球业务化海洋学预报系统还要为各级海洋预报机构、地方政府、企事业单位、军事保障部门,为极地科考、深远海资源开发、大洋航线、大洋渔业、海上军事行动、海上搜救、海洋工程保障提供更多、更精准、更有效的服务。”谈起未来的工作,王辉充满信心。

 

立志走科研道路

 

王辉是恢复高考后入学的第三届大学生。初高中在安徽省淮北市濉溪县农村中学就读的他,或许是受徐迟《哥德巴赫猜想》的影响,对物理、数学产生了浓厚兴趣,这两个科目不仅在平时考试中经常得满分,而且在市里的物理竞赛中也曾获过奖。

1978年“科学的春天”到来,许多年轻人立志要走科研道路,数学、物理成为大多数人学业方向的一个重要选择。时代的召唤,加之兴趣使然,高考时王辉自然而然选择了物理学专业,并于1979年考入安徽师范大学物理系。

在美丽的菱湖之畔、镜湖之滨,王辉尽情享受着知识的滋养,不仅物理学专业知识学得扎实,而且选修的数学课程也掌握得很好,大学4年在物理系的113名学生中,他的成绩总是名列前茅。因此,毕业时留校名额虽非常少,他还是留了下来,成为数学系微分方程教研室的一名助教。既给数学系讲物理课,又给物理系讲数学课,当助教3年,王辉进一步巩固了之前所学,为后来进入山东海洋学院(现为中国海洋大学)深造及研究转向海洋打下了坚实的数理基础。

出生于内陆省份安徽,虽对大海充满向往,但王辉从未想到自己会与海洋结缘,进入海洋科学领域,在他属于偶然。报考研究生时,他一开始选择了南京大学天文系天体力学专业,因为研究天体之间的运动规律需要大量数学、物理知识,王辉觉得进入此领域自己有基础。

他回忆:“我去南京大学找到了要报考的孙义遂教授,孙老师热情接待了我,但当年他的招生名额已满,只能等下一年再报考。为稳定教师队伍,当时安徽师范大学有规定,教师只准报考一次,因为跟学校打了报告,所以只能当年考。基于对数理的兴趣选择大方向,偶然中我发现山东海洋学院物理海洋与海洋气象学系有一个浅海动力学与风暴潮专业,冯士筰教授在招研究生,专业要求和我的积累比较吻合,所以我从天上转到海上,就这样进入海洋领域。”

来到美丽的海滨城市青岛,进入美丽的鱼山路5号海洋学院校园,对大海充满好奇的王辉感到一切都很新鲜。学校师资力量雄厚,当时的院长是著名的物理海洋学家、现中国科学院院士文圣常教授;另外,一批年富力强、覆盖物理海洋学和海洋气象学众多学科方向的高水平专家学者集聚海洋系。办学理念先进、课程设置合理,这为王辉完成专业方向的转变,顺利转向海洋动力学研究提供了非常好的条件。

通过1986年至19893年的硕士学习,王辉深深地爱上了海洋科学。

 

幸得恩师悉心指导

 

奔走于图书馆、实验室、宿舍三点一线之间,有幸得到学校众多老师的教育和培养,王辉获得迅速成长,对知识的强烈渴求让他决定继续深造。1989年硕士毕业后,王辉留校攻读博士学位。

王辉的硕博士导师都是冯士筰教授。冯教授是中国科学院院士,我国著名的物理海洋学家、环境海洋学家、中国风暴潮研究的开拓者之一。他毕生孜孜不倦,将精力投入海洋科学的研究中。

在冯士筰院士身边求学多年,老师的一言一行深深影响着王辉。王辉介绍,20世纪70年代初,我国风暴潮理论研究和风暴潮预报水平还很落后。是冯老师带领团队,开展了开拓性工作,不仅提出超浅海风暴潮理论,还深入实际,走村串户向盐工、农民、渔民了解风暴潮的一般常识;走访当地的政府,查阅相关县志,反复到水利部门和验潮站搜集有关数据,最终获得了国内第一批关于风暴潮灾害的珍贵资料。

此后,冯老师更与合作者一道将研究成果撰写成《风暴潮导论》一书,不仅为物理海洋、海洋气象、海洋工程以及相关学科的学生提供了第一部风暴潮系统教材,而且也成为我国第一部从事海洋、气象、河口海岸和环境工程的科技工作者的重要参考书。该书的完成标志着我国对于风暴潮的研究正式立足于世界风暴潮研究之林。

正当冯士筰院士的风暴潮研究渐入佳境时,他又转向了新的研究领域:拉格朗日余流及长期物质输运。“20世纪80年代初,‘拉格朗日余流’是当时学术界最有争议的前沿课题之一。冯老师作为访问学者到美国交流学习,认识到这个问题不仅关系到浅海动力学本身,而且涉及物质输运及环境、生态等重要领域。于是,他与合作者就全身心扑到该课题的研究中。正值花甲之年的他,又为自己确定了海洋环流的新方向,并在中国海洋大学创建了环境海洋学学科方向。”王辉说。

重新构建一个表征海洋环流的新框架体系,中间需要大量的数学演算和推导,有一次王辉到老师家,他看到不光办公桌上铺满了密密麻麻写满数学公式的纸张,床上、地板上也全是。就是这样不断地演算和推导,冯士筰院士和合作者一道在前人研究成果的基础上,终于提出了一种拉格朗日余流和长期物质输运的理论模型,导出了一个全新的长期物质输运方程,该方程一问世,立刻引起了国内外同行的重视。冯老师勇于追求、严谨务实的精神对王辉触动很大,此后为追求海洋动力框架的完美表达和学科交叉,王辉同样不遗余力。

博士毕业时,将老师的研究方向进一步深化和拓展,王辉的毕业论文《陆架环流和物质输运过程》在答辩时获得了在座专家的高度认可。这篇文章是王辉在海洋动力学基础上,向海洋生态动力学问题这一新研究方向迈进的初次尝试,也是他进行多学科交叉研究的起点。而这都得益于恩师的引导和启发。

他说:“冯老师开辟了环境海洋学这一新领域,实际上这也为促进多学科交叉研究提供了一个很好的平台。当时物理海洋气象学科通常设置在物理海洋学系,海洋化学学科设置在海洋化学系,海洋地质学科设在海洋地质系,老师建立了环境海洋学学科方向后,就打破了学科之间、院系之间的界限,形成了一个多学科交叉的新机制。受他影响,博士时我就为自己未来的科研设定了目标,即多学科交叉研究中国近海的生态环境问题和海洋环境预测预报问题,并能形成一些新的研究视角和手段。”

“自辟新路,有所建树。”牢记恩师嘱托,走出校门后,王辉开启了一个又一个新征程,在坚守和创新中,捕捉着一个又一个人生机遇。

 

捕捉每个人生机遇

 

从中国海洋大学顺利获得物理海洋学博士学位后,王辉在北京大学地球物理系大气科学博士后流动站开展了两年的博士后研究工作。在宽松自由的学术氛围中,在合作导师陈家宜教授的悉心指导下,通过独立开展科研工作,王辉获益良多,尤其在海洋和大气的结合研究方面。

1994年,结束在北京大学的博士后研究工作,王辉进入国家自然科学基金委员会地球科学部,负责全国海洋科学基金管理工作,与大学、研究所和许多科学家建立了广泛联系,为促进重大学科交叉研究的开展及提升海洋学科的影响力,做了不懈努力。

在国家自然科学基金委员会地球科学部工作的10年时间里,王辉曾先后访问过德国、英国、美国的一些海洋研究机构,尤其在德国汉堡大学海洋研究所的两次访学经历对他的影响很大。在那里,他不仅了解到欧洲的最新研究进展和科研计划,如欧洲区域性海洋生态模式等,并且通过开展合作研究将中德两国的近海问题做了对比,思路和视野获得了极大的拓展。而与汉堡大学海洋研究所一直持续到现在的良好合作关系,更被王辉所珍视,因为通过这层关系以及后来的拓展,他又与英国、美国、比利时、荷兰等国的海洋科研机构建立了密切联系。

结合以往研究,汲取国外经验,融入个人思考,王辉将所学所思所想运用到后来开展的工作中。2004年开始,因工作需要,他先后被调到中国气象科学研究院、国家海洋环境预报中心工作。无论是在中国气象科学研究院组织申报、成功建立国家重点实验室,还是在国家海洋环境预报中心推动预报事业发展,他都身先士卒带领团队奋力向前,用拼搏和坚守诠释了所从事职业的价值和意义。

担任中国气象科学研究院副院长期间,王辉分管科研和研究生教育工作,在组织申报中国气象科学研究灾害天气国家重点实验室期间,他协助院长把握实验室的定位和方向,倾力实验室的团队建设,在他的具体组织带领下,团队成员通力合作,灾害天气国家重点实验室最终获得科技部的批准成立。为发展海洋气象学科,他还牵头为中国气象科学研究院拿到了物理海洋硕士点,为研究院后续发展储备了人才力量。

任国家海洋环境预报中心主任期间,王辉更是用自己的专业性和远见卓识,为中心找到了核心竞争力,带领中心用产品和服务为国家的经济社会发展作出了重要贡献。

熟悉他的同事,这样评价他:“王老师有一个非常强的特点,就是他不会局限在自己的领域,只关注自己研究的东西,他是管理型的眼光和思维,是从学科发展、国家需求做大的布局。”这种大局观落地到具体工作中,就是预报中心方方面面的工作他都会考虑到,并会条条落实。

王辉实施的人才战略,为预报中心引进了一批优秀的人才,使中心虽面临人员退休高峰却保持了原有的规模,而且一大批拥有博士学位新成员的加入,又为中心发展带来了新的可能。

王辉牵头成立了国家海洋局海洋灾害预报技术研究重点实验室,不仅组织人员围绕海洋预报技术关键科学问题、关键技术、转化应用开展深入研究,还将实验室打造成一个开放平台,吸引国内的高校和研究所围绕预报技术的关键问题开展合作研究。他任实验室主任期间,在国家海洋局组织的评估中,实验室获评优秀,在自然资源部组织的评估中获得优良。

以项目带动预报技术水平的提升,也是王辉的一个举措。抓住科技改革的良好契机,由预报中心牵头,整合国内相关科研单位和大学力量来共同解决预报当中的关键技术问题,中心共有10个项目获得行业专项支持。这10个项目包括:重点区域精细化风暴潮预报技术及海峡实验示范应用,海域滨海旅游区海洋环境预报与应急保障服务系统研制与示范,印度洋海域海洋环境数值预报系统研制与示范,南海数值预报业务化系统研制及应用,海洋预报综合信息系统应用研究,海洋渔业安全环境保障服务系统关键技术研究及示范应用,海洋预报业务化系统模块化构建与示范,沿海重点保障区域精细化综合预报系统研究应用,第二代地震海啸实时观测预警关键技术研究集成示范应用,全球大洋气候多模式集合预测系统研制与业务化示范应用。项目涵盖了预报领域的方方面面,涉及从中国近海到印度洋的广泛区域,所获成果转入业务化实际应用中,都发挥了很好的作用,收到了良好的效果。

 

从近海走向全球大洋

 

2008年调入预报中心工作到2017年卸任中心主任,王辉为推动国家海洋环境预报事业向前发展,做了各种努力。他推动预报中心建立两极预报系统、把传统的预报领域向生态环境领域拓展、夯实预报体系建设、积极推进预报中心与国内外的合作,开辟建立了和法国、意大利、英国和韩国等相关预报机构稳定的预报技术和系统合作的渠道,参加国际业务化海洋学组织并任理事会成员。在开展的众多工作中,有一项在他心中一直占据着很大分量,那就是打造我国第一套全球海洋环境预报系统。

“海洋预报在国防安全、海洋经济发展、海洋防灾减灾、海上重大活动、海洋权益维护、军事和国防的安全等经济和社会生活领域发挥着重要作用。业务化海洋学预报系统的研发越来越受到国内外学术界的普遍关注,世界各国都提出了自己的海洋权益,我国同样也有自己的核心利益,因此,建设我国全球业务化海洋学预报系统就成为海洋预报工作的重中之重。”王辉说。

从调入预报中心开始,王辉就将构建全球海洋环境数值预报系统作为自己的首要工作。历经多年攻关,201310月,王辉带领科研团队建成了我国首个全球业务化海洋学预报系统,使我国的海洋环境预报实现了由近海向全球大洋以及南北极的跨越式发展。

针对全球海洋环境预报的国家重大战略需求,基于长期、持续的海洋数值预报技术储备,通过引进开发和自主创新相结合的方式,王辉带领团队在项目攻关中对国际先进海洋数值模式进行调试和改进,在我国当前重点关注的全球、大洋和近海区域,着力改进和发展了关键海洋物理过程的参数化方案。结合海洋预报现有计算条件,王辉团队研发了高效和高分辨率的海洋数值计算方法,并利用国际和我国自主的海洋实时观测资料积累,建立了我国首个业务化运行的全球海洋实时观测资料融合同化数据集,全面优化了全球海洋数值预报的初始场。在此基础上,他们构建了全球-大洋-近海三级嵌套的全球海洋环境数值预报模式体系,建立了海洋预报业务化运行集成支撑子系统,在国内首次构建了覆盖全球大洋、南北极和重点海域的全球业务化海洋学预报系统。

“全球业务化海洋学预报系统是我国首个涵盖全球大洋到中国海的综合性业务化海洋学预报系统,通过全球海洋环境数值预报关键技术研发,填补了海洋预报领域的部分技术空白,缩小了与国际领先水平的差距,发展了一批具有我国自主知识产权的技术系统,提高了与国外同类技术的竞争力,体现了我国海洋数值预报的整体发展水平。随着系统的完善,可逐步推广到沿海地区、地方和军队直接应用,为国内外有关专业机构和企事业单位提供预报保障服务,为我国实施建设海洋强国和21世纪海上丝绸之路的战略部署,对促进海洋科技发展、加强海洋资源环境管理、维护国家海洋权益、保障涉海安全生产、加强海洋防灾减灾、应对海上突发事件、服务海洋国防建设等提供有力支撑保障。”王辉说。

目前,业务化运行产品在全球海域范围得到广泛应用,并通过多种方式实时提供和发布全球不同分辨率和精度的海流、海浪、海温、海冰、海面风场等多要素预报产品,以及温跃层、混合层和中尺度涡等诊断分析产品,实现了全球海域范围内从百公里级到公里级空间分辨率的一体化预报业务全覆盖。

20131225日,“雪龙”船被困极地冰区。预报中心利用全球业务化海洋学预报系统提供的全球风场、潮汐潮流、环流及海冰等数值预报产品,提前3天准确预测“雪龙”船自行脱困的时间窗口及最佳脱困路线,成功协助“雪龙”船顺利脱困。预报保障工作得到国家领导人的充分肯定和高度赞扬。

2014年马航MH370航班失联,基于全球业务化海洋学预报系统稳定、可靠的业务化运行,在马航失联客机搜寻工作的3个阶段,预报中心及时为海上搜索提供有力的预报保障,同时为失联飞机的搜救溯源提供了产品数据,为应急工作小组决策提供了预报服务。

在“蛟龙”号试验性应用2013年航次预报保障任务中,基于已业务化的全球业务化海洋学预报系统数值产品进行二次开发,预报中心多次为在东北太平洋中国多金属结核区和西北太平洋富钴结壳区进行的“蛟龙”号科学调查深潜提供下潜作业点的海流数值预报产品。

多年来,全球业务化海洋学预报系统还在亚丁湾军事护航海洋环境保障行动中,为军方实时提供航行安全和护航安全所需的天气状况、海浪、海温、海流和潮汐预报等海洋和气象要素。截至2015321日,系统已发布亚丁湾海域《海洋环境保障信息》2277期。

“从近海走向全球大洋以及两极地区,从海洋动力环境要素到生态环境要素,从天气尺度到气候尺度,跨学科、多层次交叉融合,全球业务化海洋学预报系统在重大事件的预报保障任务中发挥了至关重要的作用,扭转了我国长期只能依靠国外有限的预报产品,开展全球性海洋环境安全保障的窘境,极大提升了我国在国际业务化海洋学领域的影响力。未来通过不断完善系统和创新,我国在该领域的话语权将得到持续增加。”王辉说。

 

把攻坚当成责任

 

沉下心,坚持到底,是王辉的工作态度。不管是打造团队、培养学生还是在管理岗位,王辉始终有一个理念,就是做到最好,做科研更是如此。

海洋科研充满艰辛,海上情况复杂,获取资料投入大,资料封锁又十分严重,而做海洋科研包括海洋预报系统研制又离不开海量资料,尤其是业务化观测资料,所以资料获取是一个大难题。“争取有关部门支持,和国际其他机构交换资料,通过和国内其他单位合作来获取需要的资料,这个过程充满曲折,而融合多种海量资料进行同化难度更大,也有做不下去的时候。但承担一个科研任务,就是一种责任,必须咬牙做到底。”王辉说。

将国家需求当成自己攻关的目标,王辉又迎来了新征程。国务院总理李克强指出:“开展海洋和极地考察,对于探索地球科学规律、应对全球气候变化、推动可持续发展、开发和保护海洋资源、造福人类社会,都有重要意义。”

极地科考对海洋环境保障的需求一直非常突出,以国家需求为导向,为满足现在和未来在北极地区的船舶航行和其他需要,王辉带领团队为发展高分辨率的北冰洋冰海耦合预报系统进行了深入探索。“以需求为导向,把北极现有的国际上的各类资料都用起来,结合物理过程参数化研究的最新成果和耦合模式的发展,结合重点研发计划项目的开展,我们最终的目标是能够把成果落地,形成自主可控的预报系统,投入业务化运行中。”王辉介绍。

把攻坚克难当成责任,王辉相信:“一个值得深入研究下去的课题,它的未来一定很美好。”


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2022年3月上

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