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曾庆存:喜见国家强盛日,青灯伏案夜安心

时间:2020-02-25 00:04:44   来源:北京日报   作者:    点击:

曾庆存:喜见国家强盛日,青灯伏案夜安心

  

曾庆存

地球系统数值模拟装置已经在怀柔科学城进入全面建设阶段,装置建设内容包括地球系统模式数值模拟系统、区域高精度环境模拟系统、超级模拟支撑与管理系统、支撑数据库和资料同化及可视化系统等。

 

本报记者张航

“曾姓是大禹的后代,传承大禹治水的基因和精神。曾姓的历史名人们之所以成名,不是因为聪明,而是因为具有‘坚持’精神。”

这是曾庆存写在《曾氏宗风》这篇文章中的话,他是这样写的,更是这样做的。

超过一个甲子的坚持,奠定了曾庆存成功的基石。在摘得2019年度国家最高科学技术奖之后,这位85岁的中国科学院院士依然选择坚持。

广东阳江,海上丝绸之路的一个重要节点。这里山水钟灵毓秀,明代戏曲家汤显祖的名句,“峰如眉黛翠如环”,说的就是阳江。阳江虽美,但每年饱受台风、暴雨等气象灾害的袭扰。

明朝万历年间,曾氏祖辈就来到阳江,历来以种田打鱼为生,家境贫寒,鲜有读书人。1935年,曾家喜添新丁,取名曾庆存。因为幼年读过三年私塾,曾庆存的父亲曾明耀很重视教育,虽然生活拮据,但还是坚持着供两个儿子读书。这份坚持,使这个贫寒之家,走出了两名大学生,后来都成为了著名科学家,一位是我国著名地质学家曾庆丰,还有一位,就是曾庆存。

丹心开日月风雨不愁穷

小时候,曾庆存家很穷,他曾在《和泪而书的敬怀篇》一文中回忆:“小时候家贫如洗,拍壁无尘。双亲率孩子们力耕垅亩,却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。”

穷人家的孩子早当家。白天,曾庆存和哥哥曾庆丰在学堂上课学习,放学后,就第一时间回到田间和父母、姐姐们一起劳作。曾庆存笑用“做牛做马”来形容那时的生活:“春耕时节,家中无牛,哥哥就执行牛的任务,父亲在后面扶犁,我则随后伛偻搬泥块。”

放牧于田,少年曾庆存唱山歌来解闷;夜晚归家,曾氏兄弟复习功课,还和父亲吟诗颂词,甚至飓风登陆,屋漏如注,父子三人还有联句成诗的雅兴。

曾父吟:“久雨疑天漏”,曾庆存接:“长风似宇空”……后来父子联手,成诗一首:“久雨疑天漏,长风似宇空。丹心开日月,风雨不愁穷”。当时,曾庆存未曾想到,自己为之奋斗一生的事业,竟已在这首诗中。

曾氏兄弟十分珍惜来之不易的读书机会,他们的成绩一直名列前茅。小学没毕业,曾庆存兄弟俩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全校16个公费读书名额中的两个。1952年,国家扩大高校招生,曾庆存报考了北京大学物理系,被顺利录取。

上了大学,苦读,依然是曾庆存的坚持。大学四年,他寒暑假都没有回家,埋头读书。物理、气象、数学……他如饥似渴,汲取着知识。

1954年的一场晚霜,冻死了河南40%的小麦,也改变了曾庆存的人生。

“我是经历过饥饿的。”曾庆存说,很小的时候,他就幻想过,如果能提前预判天气,做好防范,农业生产,就肯定能避免不少损失。

新中国成立之初,无论是抗美援朝,还是国民经济建设,都急需气象科学人才。当时,北京大学物理系安排一部分学生学气象学专业,曾庆存毫不犹豫地报了名。

上世纪50年代,我国的气象科学还处于半理论半经验阶段。曾庆存到中央气象台实习,气象员们废寝忘食地守候在天气图旁,进行分析判断,发布天气预报。但由于缺少精确的计算,他们预报天气常常只能“观云识天”,“看见天上钩钩云,就知地上雨淋淋”,可光靠看、靠经验,预报怎能精准。

曾庆存想有所改变。大学毕业后,他被选派进入苏联科学院应用地球物理研究所学习,师从著名气象学专家基别尔。

自此,使“天有可测风云”,成为曾庆存一生的事业。

男儿若个真英俊攀上珠峰踏北边

看到中国学生扎实的数学、物理功底,基别尔想要“难为难为”曾庆存,为他选了一道当时气象预报界的“世界级”难题作为论文题目——应用斜压大气动力学原始方程组做数值天气预报的研究。

1950年,美国气象学家利用计算机做出了第一张24小时天气形势预报图,“数值天气预报”一词正式使用。数值天气预报就是根据大气动力学原理建立描述天气演变过程的方程组,输入观测资料作为初值,用计算机数值求解,预测未来天气。当时世界上虽已尝试用动力学方法作天气形势短期预报,但都做了超级简化,结果是不能达到实用要求。导师基别尔也在做数值预报的研究,可困难重重尚未完成。就拿计算来说,原始方程组包含需要计算的大气要素变量很多,例如温度、气压、湿度、风向、风速等等,又包含有涡旋和各种波动的运动过程,这在当时的条件下,常规计算很难追上“老天爷”变幻莫测的速度。

“导师把这个题目给我时,所有的师兄都反对,认为我很难取得突破,还有拿不到学位的风险。但导师很信任我。”曾庆存说。

这也许是30岁前,曾庆存遇到过的最大挑战,苦读冥思,依旧是他的应对之法。

几经失败,坚持不懈。1960年10月的一天,已经在计算机旁守候了两天两夜的曾庆存灵光一闪,“何不化繁为简,暂时隐去那些不必要的气象要素参考项,先各自计算不同的气象参数,再加以整合呢?”

在导师的指导下,曾庆存全力攻坚。当时,计算机在苏联是稀缺宝贝,曾庆存每天只有10个小时的上机时间,而且还只能在深夜。曾庆存白天用纸算,晚上带着纸条去上机,一万多行程序,一条条验证……

终于,1961年,曾庆存首创“半隐式差分法”数值预报。这项成果立即在莫斯科世界气象中心应用,当时就将气象预报准确率提升到了61%。

前所未有。

自此,数值预报成为气象预报的主要方法。

在苏联获得副博士学位后,曾庆存立即回国,踏上祖国大地的那一刻,他觉得无比踏实,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。”

1966年1月,中国科学院决定将气象研究室从地球物理研究所分出,正式成立大气物理研究所。曾庆存在此,一直工作至今。

刚回国时,国内没有高速电子计算机,曾庆存在原始方程数值天气预报方面只能做非常有限的工作。他集中注意力研究大气和地球流体力学的基本理论问题,以及数值天气预报进一步发展中要解决的理论问题。这在当时看来十分抽象和“脱离实际”,但极具前瞻性。后来证明,曾庆存的研究,对数值预报进一步的发展极为重要,也为后来我国的科学家们将数理科学和地球科学的交叉融合打下了发展的基础。

不少大气物理所的工作人员都说,曾庆存对我国天气预报的重要贡献,除了数值预报领域,还有气象卫星领域。

上世纪60年代,美国和苏联已有了气象卫星,但中国依然是一片空白。1969年,为改变我国气象资料受制于人的局面,周恩来总理指示:“要搞我国自己的气象卫星”。曾庆存回国后根据国家需要将自己的科研方向扩大至整个大气科学,凭借扎实的数理基础,1970年,他被急调参加我国气象卫星工程。他以最快的速度、最饱满的热情投入到完全陌生的卫星工程和空间遥感问题的研究中。

全力攻坚克难,1974年,曾庆存发表长达30万字的专著《大气红外遥测原理》,提出“最佳信息层”等概念和方法,清楚地说明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,为利用卫星进行气象监测打下了理论基础。直到今天,这一理论都没有过时。

喜见国家强盛日青灯伏案夜安心

曾庆存的研究,真的使“风云可测”。

凭借数值预报和气象遥感技术的成功应用,我国的气象预报准确度、分辨率和精细化水平都取得了长足的发展,尤其是台风预报跻身世界先进水平。

2018年9月,超强台风“山竹”袭扰我国沿海地区,预报的台风路径和最后的实际路径高度吻合,有效地服务了当地台风防御。“我们都看到了香港写字楼文件满天飞的视频,但实际上那次台风造成的人员伤亡很低。”曾庆存说,我国每年都会遭遇很多次台风过程,但通过提前预知,提前防御,很多次台风过程已经做到了老百姓零死亡。

2016年,世界气象组织授予曾庆存最高奖——国际气象组织奖。今年1月10日,他又摘得2019年度国家最高科学技术奖,耄耋之年的曾庆存已站在大气科学领域的学术高峰,但他仍然选择在科研一线坚守。

每天,只要身体允许、没有出差,曾庆存还是会经常去大气物理所的办公室,看看青年科研人员的研究进度,听听他们的想法。青年科研人员的成长,一直是曾庆存最关心的事。他为他们取得的成就而喜,也为他们的浮躁、困难而忧。“现在的年轻人不太容易专心了,房子的问题,赚钱的问题,都影响着他们专注于学术。希望有关部门能帮帮这些青年科研人员,让他们能心无旁骛,用心科研。”

大院士,还会为小学生讲课。去年3月,中科院大气物理所为200余名小学生举办《气象预报的过去、现在与未来》讲座。年过八旬的曾庆存,全程站立讲课,并耐心回答孩子们的问题。“从孩子们好奇的目光中,我看到了未来我们国家气象事业发展的希望。”曾庆存说着,笑了,他笑得很开心。

曾庆存获国家最高科学技术奖后,中科院大气物理所研究员朱江曾在朋友圈里晒出了一张照片,令人动容。

照片中,曾庆存和朱江,坐在一处楼梯台阶上,曾庆存把单肩公文包垫在膝盖上,正专注审读着一份厚厚的材料……“那是2017年6月19日,在国家发改委举办的国家重大基础科技设施‘地球系统数值模拟装置’建议书评审现场。当时会场场地很小,没有地方坐。曾先生就坐在楼梯上研究材料,并且鼓励我讲好答辩PPT。”朱江回忆着,当时曾庆存已82岁高龄。

从2007年起,曾庆存一直倡导、参与我国自主研制地球系统模式。“现在1至3天的短期天气形势预报已积累了比较完善的经验,但更长时间的气候预报精度还不够理想。”曾庆存说,对于中国来说,长江、黄河流域频繁发生干旱与洪涝灾害。两流域的干旱与洪涝灾害是中国自然灾害中造成经济损失最严重的气候灾害,每年造成大量的粮食损失和物资消耗,并严重影响工农业生产。若能实现对于未来几年、十几年甚至更长远的气候预测,将为国家减少数以亿计的人力物力和经济损失。

这也就是地球系统数值模拟装置的重要意义所在——可以对大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、生物圈等各圈层之间的相互联系、相互作用开展研究,帮助人类应对全球气候和生态环境的变化。

2011年,中国科学院向国家提出以研制我国地球系统模式为首要任务并带动地球科学模拟研究的“大科学装置”,获得批准。如今,地球系统数值模拟装置已经在怀柔科学城进入全面建设阶段,装置建设内容包括地球系统模式数值模拟系统、区域高精度环境模拟系统、超级模拟支撑与管理系统、支撑数据库和资料同化及可视化系统等。项目总投资125521万元,建筑面积24310平方米,预计2021年初步建成,2022年完成验收。“等建成了,我一定要去现场看一看。”曾庆存期待着那一天。

“喜见国家强盛日,青灯伏案夜安心。”摘得国家最高科学技术奖后,曾庆存常常提起这句话,这是他一生的写照,也是他奋斗一生的目标。

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责任编辑:寒江雪 更新时间:2020-02-25 00:04:44 关键字:知识分子  时代脊梁  

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