作者:倪伟波 来源:《科学新闻》 发布时间:2015/7/16 16:25:32
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壮心不已 勇攀科学珠峰
大气科学和地球流体力学领域曾庆存侧记

曾庆存,1935 年生,中国科学院院士。

 

记者 倪伟波综合报道

2014年新年伊始,从第94届美国气象学会(AMS)年会上传来捷报:中国科学院院士曾庆存当选为该学会荣誉会员。

对于曾庆存本人来说,多一个头衔可能并没有什么,但是对于中国气象学界而言,这是一份来自国际社会的高度认可。

在此次大会的会刊上,曾庆存还不忘用中英文介绍《帝舜〈南风〉歌考》以及他写作的七言绝句《图桑之春》《京郊四季》,促进中西科学文化的交流。

作为国际上全面推进大气科学和地球流体力学发展并使之成为现代先进学科的关键人物之一,曾庆存融通地球科学和数理科学,贯通大气科学和地球流体力学各分支,在动力学基础理论、高性能计算、大气遥感、数值天气预报、气候和环境预测与调控等都有奠基和开创性的杰出成就和卓越贡献,在国际享有崇高声誉。也正因多学科交叉,他曾是中国工业与应用数学学会和中国气象学会的理事长以及中国海洋学会副理事长,至今仍是这些学会的顾问或名誉理事长。

“天资聪颖,少年老成”

在曾庆存的《院士自述》一文中有这样一段话:“小时候家贫如洗,拍壁无尘。双亲率领我们这些孩子力耕垅亩,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。”

尽管出生在农民家庭,生活清贫,但是父母之辈却是达理之人。在曾庆存的哥哥曾庆丰到了该上学的年龄,他们毫不迟疑地送哥哥上小学。从此,曾庆存便跟在哥哥身后,日日往返于田野学堂。

兄弟俩过着半耕半读的穷学生生活。晚餐过后,父亲手执火把,督促兄弟俩温习功课。严格的督促让两兄弟养成了一丝不苟的好习惯,上交的作业不仅一题不错,而且文句中还带着些不合年龄的思虑。

老师对这对衣衫褴褛却循规蹈矩、学习用功的哥俩关爱有加。小学三年级期末,老师给曾庆存下了“天资聪颖,少年老成”的评语。

在曾庆存眼中,一边劳动一边读书能考上中学已是幸运之事,从未奢想过自己有朝一日能在大学深造,并将科研作为自己终身奋斗的事业。

但机遇总是垂青有准备的人。1952年,国家经济全面恢复,政府重视和扩大高校招生,曾庆存响应政府号召,报考了北京大学物理系并顺利考取,服从组织分配学习气象专业,从此展开了自己的科研人生。值得指出的是,在大学期间,他除气象学外,对数学和物理等的基础学习也很重视,养成交叉学科知识学习的爱好。

立志攀登大气科学的珠峰

1957 年底至1961年初,曾庆存通过国家考试被选派赴前苏联科学院作研究生,师从气象学大师基别尔,开始从事应用斜压大气动力学原始方程作数值天气预告的研究。这在当时是非常难的题目。当时世界上虽已尝试用动力学方法作天气形势短期预告,但都作了很严重的简化,结果不能达到实用要求。因此,亟须研究原始方程才能突破,使数值预告能够在天气预报业务中得到应用。

曾庆存几经失败,经过苦读冥思,终于在导师以前的工作中悟到了一丝曙光,即原始方程中包含有多时间尺度的大气运动,必须在计算中分别处理。于是他在1961年提出了“半隐式差分法”,在世界上最早成功地实现了运用原始方程进行实际天气数值预报。该方法和1981年他发展的平方守恒格式至今仍为通用的好方法。

在前苏联留学时,曾庆存立志要攀登世界大气科学的顶峰,曾赋《自励》一诗以表心志:“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。”

回国后,曾庆存苦于没有使用电子计算机的条件,就集中注意力研究大气和地球流体力学的基本理论问题,和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”,但后来证明是十分必要和极为重要的,打好了其后学术发展的基础。

由于国家发展的需要,曾庆存于1970年被急调参加我国气象卫星工程。作为科学指导,他暂时离开了原来的研究工作,投入到完全陌生的卫星工程和空间遥感问题的研究中。

他结合卫星工程的实际问题,思考有关的理论问题,于1974年出版了《大气红外遥测原理》,这是当时国际上第一本系统讲述卫星遥感定量理论的专著。书中系统地把各种具体的遥感问题统一为分析“遥感方程”的数学物理方法问题,例如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,澄清了国际上当时的模糊和错误观念,为选择遥感通道提供了合理的原则;并提出求解“遥感方程”的有效的“反演算法”。这些在中国和世界气象卫星工程和遥感资料分析中都得到广泛应用。

同时,曾庆存注意到“在数值天气预报理论方面,虽有不少光辉的研究成果,但还很年轻,还有很多问题有待解决”。于是他又捡起动力学基础问题的研究,在注重问题内部协调、系统整体特性的前提下,将当时世界上两大气象学派,即芝加哥学派和列宁格勒—莫斯科学派的主要思想结合起来,进行了有益的探索。

终于,1979年,他出版了一部约80万字的“数值天气预报的数学物理基础(第一卷)”,将数学、力学和气象学有机结合起来。1980年日本学者就加以评述,说这是“世界上第一本这方面的著作,是气象理论化的代表作”。后来美国著名气象学家Knrihara评介“曾的书代表了气象学理论化的完成”。另一著名学者J. Smagorinsky指出:“这卷书的出版对发展动力学气象学文献有突出贡献,将立于世界优秀名著之林。”

鉴于其研究成果突出,1980年,45岁的曾庆存被选为中国科学院学部委员(院士),成为当时最年轻的学部委员之一。

1980年底,作为高级访问学者,曾庆存来到美国普林斯顿大学工作。在此期间,他对大气动力学基础理论进一步研究的成果,以及访问美国各地30多所大学或研究单位所做的几十次学术报告,引起了国外学者的高度重视。

此后,适应大气科学发展的潮流和解决实际问题的需要,他开展了气候动力学、气候系统模式和数值气候预测理论方法的研究,1994年建立起我国第一个(也是世界第一个)夏季降雨量距平预告方法,并于1991年最早提出要建立生态和环境动力学数理模式和建模的一些基本原则和方法。

曾庆存的特点之一是将具体的大气和地球流体力学的问题紧密地与数学物理原理和方法结合起来,建立在坚实的数理基础之上。

学科的建设和研究所的领导

除了个人在学术上的追寻,曾庆存还肩负起中国大气科学学科发展的重任。

1984年,曾庆存担任中国科学院大气物理研究所所长,他将研究所的发展与国家、学科的发展紧密联系,提出要将中科院大气物理研究所办成“一个社会主义的现代化的研究所,使其成为我国的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做出贡献。”

正是有着这样的发展愿景,曾庆存顶住各种困难与压力,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,极大地提升了研究所的科研水平和实力。

与此同时,他大胆改革,采取多项措施充分调动科研人员的积极性,活跃所内的学术交流氛围,加强对研究设备的建设和经费的管理等。这些改革举措一直执行到了上世纪末,有力地促进了研究所的发展。

跨入新世纪,大气科学的发展也进入一个新阶段。在中科院大气物理所建所60周年之际,曾庆存仍孜孜不倦地告诫同仁要“三思”:工作对得起我们的先辈否?有利于国家和人民否?位于世界科学前列否?

老骥伏枥,壮心不已。他曾说过:“一直在努力攀登,但种种原因所限,我没能登上顶峰,大概只在八千六百米处初步建立了一个营地,供后来者继续攀登,尤其希望国人有志登顶,寄厚望了。” 如今,步入耄耋之年,曾庆存依然思维清晰,时刻关注学科的发展。依然在科研第一线工作,尤其是集中精力于我国“地球系统动力学模式”的研制,气象灾害的防治,以及他提出的“自然控制论”在调控自然界过程的实际应用。■

(责编:唐琳)

 
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