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国家最高科学技术奖获得者曾庆存:可攀峰顶问风云

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2020年1月10日,中共中央、国务院在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。获得2019年度国家最高科学技术奖的中国科学院大气物理研究所曾庆存院士代表全体获奖人员发言。 新华社记者 申宏 摄

曾庆存简介:

中国科学院院士,中国科学院大气物理研究所研究员,国际著名大气科学家。第九、十届全国政协委员。2020年获国家最高科学技术奖。


图片△曾庆存(右一)与学生交流。(图片由受访者提供)

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话,提出中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。
“双碳”目标的实现,离不开科技基础设施建设。国家重大科技基础设施——地球系统数值模拟装置“寰”,正是其中之一。
2021年6月23日,是“寰”的落成启用仪式。只见直径3米的大球上,模拟展示着不同时期大气、海洋、植被状况,能够大幅提高我国对地球系统模拟预测的准确性,为实现“双碳”目标提供自主数据支撑。
一位白发苍苍却精神矍铄的老人被簇拥在人群中间,他就是“寰”的发起人之一——著名大气科学家曾庆存。将地球上的风起云涌“搬”进实验室这一大胆的想法,就是曾庆存初步提出的。即便年事已高,只要身体条件允许,曾庆存仍然积极参与课题研讨。经过多轮论证后,装置于2018年正式进入建设实施阶段。
现场,曾庆存以掷地有声的发言深刻回应着国家需要:“我们要用自己的计算数据作为依据,提升我国的国际话语权。”
以“国家需要”为价值坐标,不断向着科学高峰攀登,在曾庆存的科研生涯中一以贯之。从数值天气预报,到卫星大气红外遥感、跨季度气候预测、气象灾害监测预报、地球系统模式等领域,正如他所言:“人民的需要,国家的需要,是推动我深入研究的很大动力。”
“风雨不愁穷”
仅十几平方米的办公室,一张办公桌、一把靠背椅、两排书架上没有各类荣誉奖章,而是文献资料和泛黄的书籍,一张老式布沙发配茶几,摆放着一个从不离身的黑色公文包。简朴,是人们走进这里的第一印象。
1935年,曾庆存出生于广东阳江一个“家贫如洗,拍壁无尘”的农民家庭,年少时经常参与家中的耕地劳作。他还有一个被广为流传的故事:阳江位于南海之滨,常有台风正面登陆。11岁时的一天,台风过境,风雨交加,一家人困在屋里。父子兄弟三人一边聊天一边推敲,联句得诗一首:“久雨疑天漏,长风似宇空。丹心开日月,风雨不愁穷。”
对于“靠天吃饭”的农民而言,风雨无忧便是他们心中最朴素也是最深切的愿望。但小小年纪的曾庆存尚未预见到,“风雨不愁穷”会在他和一代又一代气象工作者的努力下,转化为现实中的具体可能——今天,每小时更新、覆盖广袤土地每一个角落的天气预报服务,已经在我们的生活中司空见惯。
事实上,中国气象事业从“跟跑”到“领跑”的跨越式发展中,曾庆存作出了突出贡献。在数值天气预报领域,他提出的“半隐式差分法”是世界上首个用斜压大气动力学原始方程组直接进行实际天气预报的方法,至今仍在沿用。
动力,就是简单的一句话:“国家的需要,便是我研究的方向。”
1952年,曾庆存被北京大学物理系录取。彼时,无论是国内的经济建设、农业发展,还是抗美援朝的战场上,都急需气象科技人才。怀揣“原子梦”的曾庆存,响应着国家号召,转身投入气象学领域。“虽然我的志愿是物理专业,但我也明确表示‘服从分配’,国家需要我研究什么,我就研究什么。”
大学期间,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,让经历过饥饿的他更加坚定了方向:“如果能提前预判天气,还会这样吗?”
俗话说:“天有不测风云”,天气预报可不是观云识天就能做到的。那时,国际气象科学还处于描述性和半理论半经验阶段,客观定量化的数值天气预报刚刚起步。相比经验性预报,数值天气预报的准确性会高很多。
1957年底,曾庆存被选派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。基别尔交给他的毕业论文题目就和数值天气预报有关——应用斜压大气动力学原始方程组做数值天气预报的研究。
是肯定,也是重担。数值天气预报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。
论文题目中的“原始方程”,就是能够完整描述大气运动的方程式,开启可实际应用的“数值天气预报”的钥匙。但由于包含了温度、气压、湿度、风向、风速等变量,极其复杂、非线性强,是数值天气预报中的著名难题。
如何让数值的计算速度“追”上天气变化速度?导师、师兄都没解出来,自己能行吗?但他转念又想:“既然导师建议我做,我就做吧。”
其实,刚到苏联的曾庆存,在数学、气象、流体力学等基础课程上还有些跟不上。他甚至一度不敢去见导师,因为“去了也没用,插不上话”。经历了一年多的奋力拼搏、埋头追赶,他才取得了不错的考试成绩,也得到了导师的认可。
经过苦思冥想、反复试验,曾庆存终于想到可以采用不同的计算方法分别计算不同的大气运动过程,也就是著名的“半隐式差分法”。
计算机验证成功后,曾庆存兴奋地从机房冲了出去,想把这个消息告诉导师,却忘了穿大衣。不一会儿,便一头栽倒在莫斯科零下30摄氏度的天气里,被路人抬到了医务室。
自此,曾庆存开始不断攀登气象科学的高峰。1961年回国后,他进入中国科学院地球物理研究所气象研究室工作。因为没有电子计算机,他便集中精力研究大气、地球流体力学以及数值天气预报中的基础理论问题,这对数值预报进一步发展具有重大意义。
1979年,曾庆存更是不顾身体伤病,在仅有几平方米、摆上两张床就站不下两个人的蜗居里,不分昼夜地写作、思考、计算,完成了长达80万字的大气动力学和数值天气预报理论专著《数值天气预报的数学物理基础》第一卷。这是世界首创的数值天气预报理论研究成果,将数学、力学和气象学有机结合起来,国际同行评价称“气象学理论化极重要的篇章”“构筑气象力学必不可少的学术基础”。
时代向前。2020年1月10日,85岁高龄的曾庆存在北京人民大会堂,从习近平总书记的手中接过了中国科学家的最高荣誉——国家最高科学技术奖。他在获奖感言中说,从上世纪后半叶到现在,世界科学技术蓬勃发展,大气科学和气象事业也有了质的飞跃,他为参与这个伟大历程而自豪。
他谦虚地说,自己只是一个“承前启后者”——竺可桢、涂长望、叶笃正等气象界先辈,以及奋斗在海角天涯、高原荒漠、高空地面的气象工作者,他们以国家需要为动力献身气象科学,才是我国气象事业壮阔急进的根本所在。
“攀上珠峰踏北边”
习近平总书记高度关注原始创新这一重大命题,多次强调,“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的”“自力更生是中华民族自立于世界民族之林的奋斗基点,自主创新是我们攀登世界科技高峰的必由之路”。
从苏联学成回国时,曾庆存曾写下一首《自励》诗:“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。”
攀珠峰,即追求科学的最高峰。珠峰有“北坡难南坡易”一说,“踏北边”应当何解?多年后,曾庆存才作了解释:珠峰北边是中国领土,“踏北边”就是要“走中国道路”。这个充满科学隐喻的意象,昭示着曾庆存要走中国人自己的科技攻坚之路,直面中国科技的“卡脖子”难题。
然而就在几年后,曾庆存的科研生涯却再次面临重大转向。
1960年4月,美国发射了世界上第一颗气象卫星“泰罗斯1”。此后又接连发射多颗气象卫星,气象预报水平得到极大提升。
“当时心中只有一个念头,气象卫星必须要搞,再难也要搞。”曾庆存说。
再大的困难,他也自“北坡”迎难而上——1970年,气象卫星研制任务正式下达,曾庆存被紧急调任作为卫星气象总体组的技术负责人。当时国内对卫星技术的认知近乎空白,又面临着国际的技术封锁。曾庆存也只能从基础的理论学起,“我先搞懂,然后教给其他人,大家共同努力。”
经过艰难的攻关,曾庆存终于带领团队解决了卫星大气红外遥感的基础理论问题,并于1974年出版《大气红外遥测原理》(“遥测”今称“遥感”),是当时世界上第一本系统讲述卫星大气红外遥感定量理论的专著,为中国和世界气象卫星遥感和资料应用提供了理论依据。
1988年,当我国第一颗气象卫星风云一号A极轨气象卫星成功发射时,曾庆存热泪盈眶、感慨万千:“距离我们决定放自己的气象卫星过去了近20年,终于有志者事竟成!”
由于种种原因,上世纪80年代初期的大气所处于极其困窘的境地,缺少必要的科研经费、工作和生活条件的保障。曾庆存决定开展改革,他提出了办成“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作出贡献”的长远目标,并先后创立大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室、大气边界层物理和大气化学国家重点实验室及国际气候与环境科学中心。
还有一个严峻的问题——缺乏大型电子计算机。
曾庆存心里清楚,我国的大气科学理论研究并不比国外差多少,但想要将理论变成应用成果,大型电子计算机是必不可少的。有了“大脑加电脑”,他有信心、有能力赶上去。作为中国科学院大气物理所所长的他跑断了腿,终于要来经费。他还有一句人尽皆知的“名言”:“把裤子脱了去当,也要买计算机!”
光有经费还不够,由于国外计算机对我国的封锁,曾庆存找了许多门路还是买不到,更运不进来。直到一次朋友聚会中他听到一种新出的“未入流”的计算机CONVEX,因为介于巨型机和大型机之间,所以未进入禁运之列。历经一番艰辛后,他托人从香港巧妙绕过国外封锁,终于将该计算机运了进来。
如今,我国自主研发的超级计算机已经在气象领域广泛应用。再回忆过往,曾庆存已然云淡风轻。他打比方道:“一开始我们是在‘爬坡’,爬坡的时候背只能是弯着的。”
为我国气象事业发展艰难求索六十余载,曾庆存在卫星大气红外遥感、跨季度气候预测、气象灾害监测预报、地球系统模式等领域都相继形成了开创性的理论研究成果,并得到了广泛应用。但他依然觉得,自己仍未登上学术上的珠峰之顶。
“大概在海拔8600米的地方建了个营地,供后来者继续攀登。”曾庆存说。
“板凳甘坐十年冷”
习近平总书记指出:“应对国际科技竞争、实现高水平科技自立自强,推动构建新发展格局、实现高质量发展,迫切需要我们加强基础研究,从源头和底层解决关键技术问题。”
曾庆存刚任所长时,正值我国基础研究面临严峻挑战的艰难时期。在中国科学院围绕基础研究的相关情况前来调研时,他以一番肺腑之言驳斥当时盛行的“基础研究无用论”:“大气研究对国计民生非常重要,我们研究所虽然规模不大,但有一群爱研究的科学家。我们希望国家重视基础研究,让大家有一个可以安心做基础研究的环境。”1988年,中国科学院召开的第一次基础研究工作会议上,曾庆存再次直言:“基础研究是学科发展的根本,一定要高瞻远瞩,抓住这个根本,要保持相对稳定,任何时候都不要丢掉。”
科学家的远见卓识、铿锵之言,令在场的诸多研究人员动容。
薪火相传之下,曾庆存以“治学当如琢玉,须经三冬三夏之功”为引领,培养出了一批又一批甘坐“冷板凳”,数十年如一日潜心科研的气象工作者。全国政协委员、中国科学院院士戴永久的科研轨迹恰是如此。当年,他在考上曾庆存的研究生后,被老师告知要“安安静静读几年书,不着急写文章”。于是,戴永久便沉潜于书海,在数学推演、计算编程等科学研究中度过了艰苦而又开心的岁月,博士学位一读就是8年,直到博士论文答辩后才开始发表论文。这段“厚积薄发”的科研历程,化作他在数值天气预报、气候和地球系统模式的陆面过程模式领域作出的重大贡献。
“治学当如琢玉,须经三冬三夏之功。”戴永久说,老师的谆谆教诲仍然时刻回响耳畔。
“为国、为民、为科学”
2020年9月11日,在科学家座谈会上,习近平总书记指出:“科学家精神是科技工作者在长期科学实践中积累的宝贵精神财富。”
对于科学家精神,曾庆存也有自己的独到见解。他曾总结过一句话——“为国、为民、为科学”。
爱国,是科学家精神的底色,是科学家不断攀登科学高峰的精神源泉。回顾百年来的科技发展,一代代科技工作者自力更生、艰苦奋斗,以实际行动诠释着科学报国的崇高理想。
曾庆存至今记得一段往事——1990年,曾庆存赴日内瓦参加第二届世界气候大会。原本是科学讨论问题,但一些西方国家代表却指责发展中国家发展能源将导致灾难性的全球变暖,却对工业发达国家已经造成并且将继续导致大气中二氧化碳大幅增加置之不问。
“真是颠倒黑白,岂有此理!”曾庆存将这份令他难以入眠的愤懑,转化为研究动力。回国后他再次开拓新领域,开始研究全球气候变化,并为此奋斗至今。这也成为“寰”的起点。
作为全国政协委员的曾庆存,依然将推动国家科学事业发展视为己任。面对科技投入不足的情况,他多次呼吁国家加大科技投入,确保科技事业在经济发展中发挥更大作用。
2000年,南水北调工程规划正有序展开。曾庆存参加了12月全国政协人口资源环境委员会组织的调研,沿南水北调计划中的中线实地考察调研。调研组对南水北调所要解决的重大问题进行了剖析,提出了优化施工方案、调整水资源使用和水价政策、妥善处理各方利益等建议。
“南水北调,耽误不得,也耽误不起了!”委员们大声疾呼。
2001年3月11日,九届全国政协第29次主席会议审议通过《关于尽早实施南水北调工程的建议》,并以全国政协2001年1号文件的形式上报中共中央、国务院。这份沉甸甸的建议有力地助推了工程筹备进程。
“既要心系民生疾苦,又要发挥专业优势,服务国家战略大局,通过深入调研与科学建言推动国家和社会发展。”曾庆存对政协委员的责任担当有着深刻理解。无论是参加全体会议还是小组讨论,他都围绕着大气污染、气候变化、人才培养、科学教育等积极建言。
“许身科教兴国,任凭风浪宕跌”,是第九届全国政协副主席、中国工程院原院长宋健对曾庆存的评价。从为基础研究发声,到作为政协委员建言献策,核心皆在于他所说的“为国、为民、为科学”。
如今,已近鲐背之年的曾庆存,从未离开科研一线,始终保有对气象科学的浓厚热情和兴趣,向着科学顶峰不断攀登……
(实习生庞怡勤对本文亦有贡献)

记者:王亦凡

审核:李木元

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