曾慶存：喜見國家強盛日，青燈伏案夜安心
張 航
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曾慶存
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地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置已經(jīng)在懷柔科學(xué)城進(jìn)入全面建設(shè)階段，裝置建設(shè)內(nèi)容包括地球系統(tǒng)模式數(shù)值模擬系統(tǒng)、區(qū)域高精度環(huán)境模擬系統(tǒng)、超級模擬支撐與管理系統(tǒng)、支撐數(shù)據(jù)庫和資料同化及可視化系統(tǒng)等。
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本報記者張航
“曾姓是大禹的后代，傳承大禹治水的基因和精神。曾姓的歷史名人們之所以成名，不是因為聰明，而是因為具有‘堅持’精神。”
這是曾慶存寫在《曾氏宗風(fēng)》這篇文章中的話，他是這樣寫的，更是這樣做的。
超過一個甲子的堅持，奠定了曾慶存成功的基石。在摘得2019年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎之后，這位85歲的中國科學(xué)院院士依然選擇堅持。
廣東陽江，海上絲綢之路的一個重要節(jié)點。這里山水鐘靈毓秀，明代戲曲家湯顯祖的名句，“峰如眉黛翠如環(huán)”，說的就是陽江。陽江雖美，但每年飽受臺風(fēng)、暴雨等氣象災(zāi)害的襲擾。
明朝萬歷年間，曾氏祖輩就來到陽江，歷來以種田打魚為生，家境貧寒，鮮有讀書人。1935年，曾家喜添新丁，取名曾慶存。因為幼年讀過三年私塾，曾慶存的父親曾明耀很重視教育，雖然生活拮據(jù)，但還是堅持著供兩個兒子讀書。這份堅持，使這個貧寒之家，走出了兩名大學(xué)生，后來都成為了著名科學(xué)家，一位是我國著名地質(zhì)學(xué)家曾慶豐，還有一位，就是曾慶存。
丹心開日月風(fēng)雨不愁窮
小時候，曾慶存家很窮，他曾在《和淚而書的敬懷篇》一文中回憶：“小時候家貧如洗，拍壁無塵。雙親率孩子們力耕垅畝，卻只能過著朝望晚米的生活。深夜勞動歸來，皓月當(dāng)空，在門前擺開小桌，一家人喝著月照有影的稀粥，這就是美好的晚餐了。”
窮人家的孩子早當(dāng)家。白天，曾慶存和哥哥曾慶豐在學(xué)堂上課學(xué)習(xí)，放學(xué)后，就第一時間回到田間和父母、姐姐們一起勞作。曾慶存笑用“做牛做馬”來形容那時的生活：“春耕時節(jié)，家中無牛，哥哥就執(zhí)行牛的任務(wù)，父親在后面扶犁，我則隨后傴僂搬泥塊。”
放牧于田，少年曾慶存唱山歌來解悶；夜晚歸家，曾氏兄弟復(fù)習(xí)功課，還和父親吟詩頌詞，甚至颶風(fēng)登陸，屋漏如注，父子三人還有聯(lián)句成詩的雅興。
曾父吟：“久雨疑天漏”，曾慶存接：“長風(fēng)似宇空”……后來父子聯(lián)手，成詩一首：“久雨疑天漏，長風(fēng)似宇空。丹心開日月，風(fēng)雨不愁窮”。當(dāng)時，曾慶存未曾想到，自己為之奮斗一生的事業(yè)，竟已在這首詩中。
曾氏兄弟十分珍惜來之不易的讀書機會，他們的成績一直名列前茅。小學(xué)沒畢業(yè)，曾慶存兄弟倆便參加了百里挑一的“跳考”，直接進(jìn)入初中讀書。上了中學(xué)，兄弟倆又因成績優(yōu)異先后獲得了全校16個公費讀書名額中的兩個。1952年，國家擴(kuò)大高校招生，曾慶存報考了北京大學(xué)物理系，被順利錄取。
上了大學(xué)，苦讀，依然是曾慶存的堅持。大學(xué)四年，他寒暑假都沒有回家，埋頭讀書。物理、氣象、數(shù)學(xué)……他如饑似渴，汲取著知識。
1954年的一場晚霜，凍死了河南40%的小麥，也改變了曾慶存的人生。
“我是經(jīng)歷過饑餓的。”曾慶存說，很小的時候，他就幻想過，如果能提前預(yù)判天氣，做好防范，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，就肯定能避免不少損失。
新中國成立之初，無論是抗美援朝，還是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，都急需氣象科學(xué)人才。當(dāng)時，北京大學(xué)物理系安排一部分學(xué)生學(xué)氣象學(xué)專業(yè)，曾慶存毫不猶豫地報了名。
上世紀(jì)50年代，我國的氣象科學(xué)還處于半理論半經(jīng)驗階段。曾慶存到中央氣象臺實習(xí)，氣象員們廢寢忘食地守候在天氣圖旁，進(jìn)行分析判斷，發(fā)布天氣預(yù)報。但由于缺少精確的計算，他們預(yù)報天氣常常只能“觀云識天”，“看見天上鉤鉤云，就知地上雨淋淋”，可光靠看、靠經(jīng)驗，預(yù)報怎能精準(zhǔn)。
曾慶存想有所改變。大學(xué)畢業(yè)后，他被選派進(jìn)入蘇聯(lián)科學(xué)院應(yīng)用地球物理研究所學(xué)習(xí)，師從著名氣象學(xué)專家基別爾。
自此，使“天有可測風(fēng)云”，成為曾慶存一生的事業(yè)。
男兒若個真英俊攀上珠峰踏北邊
看到中國學(xué)生扎實的數(shù)學(xué)、物理功底，基別爾想要“難為難為”曾慶存，為他選了一道當(dāng)時氣象預(yù)報界的“世界級”難題作為論文題目——應(yīng)用斜壓大氣動力學(xué)原始方程組做數(shù)值天氣預(yù)報的研究。
1950年，美國氣象學(xué)家利用計算機做出了第一張24小時天氣形勢預(yù)報圖，“數(shù)值天氣預(yù)報”一詞正式使用。數(shù)值天氣預(yù)報就是根據(jù)大氣動力學(xué)原理建立描述天氣演變過程的方程組，輸入觀測資料作為初值，用計算機數(shù)值求解，預(yù)測未來天氣。當(dāng)時世界上雖已嘗試用動力學(xué)方法作天氣形勢短期預(yù)報，但都做了超級簡化，結(jié)果是不能達(dá)到實用要求。導(dǎo)師基別爾也在做數(shù)值預(yù)報的研究，可困難重重尚未完成。就拿計算來說，原始方程組包含需要計算的大氣要素變量很多，例如溫度、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等等，又包含有渦旋和各種波動的運動過程，這在當(dāng)時的條件下，常規(guī)計算很難追上“老天爺”變幻莫測的速度。
“導(dǎo)師把這個題目給我時，所有的師兄都反對，認(rèn)為我很難取得突破，還有拿不到學(xué)位的風(fēng)險。但導(dǎo)師很信任我。”曾慶存說。
這也許是30歲前，曾慶存遇到過的最大挑戰(zhàn)，苦讀冥思，依舊是他的應(yīng)對之法。
幾經(jīng)失敗，堅持不懈。1960年10月的一天，已經(jīng)在計算機旁守候了兩天兩夜的曾慶存靈光一閃，“何不化繁為簡，暫時隱去那些不必要的氣象要素參考項，先各自計算不同的氣象參數(shù)，再加以整合呢？”
在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，曾慶存全力攻堅。當(dāng)時，計算機在蘇聯(lián)是稀缺寶貝，曾慶存每天只有10個小時的上機時間，而且還只能在深夜。曾慶存白天用紙算，晚上帶著紙條去上機，一萬多行程序，一條條驗證……
終于，1961年，曾慶存首創(chuàng)“半隱式差分法”數(shù)值預(yù)報。這項成果立即在莫斯科世界氣象中心應(yīng)用，當(dāng)時就將氣象預(yù)報準(zhǔn)確率提升到了61%。
前所未有。
自此，數(shù)值預(yù)報成為氣象預(yù)報的主要方法。
在蘇聯(lián)獲得副博士學(xué)位后，曾慶存立即回國，踏上祖國大地的那一刻，他覺得無比踏實，寫下一首《自勵》詩：“溫室栽培二十年，雄心初立志驅(qū)前。男兒若個真英俊，攀上珠峰踏北邊。”
1966年1月，中國科學(xué)院決定將氣象研究室從地球物理研究所分出，正式成立大氣物理研究所。曾慶存在此，一直工作至今。
剛回國時，國內(nèi)沒有高速電子計算機，曾慶存在原始方程數(shù)值天氣預(yù)報方面只能做非常有限的工作。他集中注意力研究大氣和地球流體力學(xué)的基本理論問題，以及數(shù)值天氣預(yù)報進(jìn)一步發(fā)展中要解決的理論問題。這在當(dāng)時看來十分抽象和“脫離實際”，但極具前瞻性。后來證明，曾慶存的研究，對數(shù)值預(yù)報進(jìn)一步的發(fā)展極為重要，也為后來我國的科學(xué)家們將數(shù)理科學(xué)和地球科學(xué)的交叉融合打下了發(fā)展的基礎(chǔ)。
不少大氣物理所的工作人員都說，曾慶存對我國天氣預(yù)報的重要貢獻(xiàn)，除了數(shù)值預(yù)報領(lǐng)域，還有氣象衛(wèi)星領(lǐng)域。
上世紀(jì)60年代，美國和蘇聯(lián)已有了氣象衛(wèi)星，但中國依然是一片空白。1969年，為改變我國氣象資料受制于人的局面，周恩來總理指示：“要搞我國自己的氣象衛(wèi)星”。曾慶存回國后根據(jù)國家需要將自己的科研方向擴(kuò)大至整個大氣科學(xué)，憑借扎實的數(shù)理基礎(chǔ)，1970年，他被急調(diào)參加我國氣象衛(wèi)星工程。他以最快的速度、最飽滿的熱情投入到完全陌生的衛(wèi)星工程和空間遙感問題的研究中。
全力攻堅克難，1974年，曾慶存發(fā)表長達(dá)30萬字的專著《大氣紅外遙測原理》，提出“最佳信息層”等概念和方法，清楚地說明測濕和測溫問題的原則差別，澄清了當(dāng)時的模糊和錯誤觀念，并為選擇遙感通道提供了合理的原則，為利用衛(wèi)星進(jìn)行氣象監(jiān)測打下了理論基礎(chǔ)。直到今天，這一理論都沒有過時。
喜見國家強盛日青燈伏案夜安心
曾慶存的研究，真的使“風(fēng)云可測”。
憑借數(shù)值預(yù)報和氣象遙感技術(shù)的成功應(yīng)用，我國的氣象預(yù)報準(zhǔn)確度、分辨率和精細(xì)化水平都取得了長足的發(fā)展，尤其是臺風(fēng)預(yù)報躋身世界先進(jìn)水平。
2018年9月，超強臺風(fēng)“山竹”襲擾我國沿海地區(qū)，預(yù)報的臺風(fēng)路徑和最后的實際路徑高度吻合，有效地服務(wù)了當(dāng)?shù)嘏_風(fēng)防御。“我們都看到了香港寫字樓文件滿天飛的視頻，但實際上那次臺風(fēng)造成的人員傷亡很低。”曾慶存說，我國每年都會遭遇很多次臺風(fēng)過程，但通過提前預(yù)知，提前防御，很多次臺風(fēng)過程已經(jīng)做到了老百姓零死亡。
2016年，世界氣象組織授予曾慶存最高獎——國際氣象組織獎。今年1月10日，他又摘得2019年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎，耄耋之年的曾慶存已站在大氣科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)高峰，但他仍然選擇在科研一線堅守。
每天，只要身體允許、沒有出差，曾慶存還是會經(jīng)常去大氣物理所的辦公室，看看青年科研人員的研究進(jìn)度，聽聽他們的想法。青年科研人員的成長，一直是曾慶存最關(guān)心的事。他為他們?nèi)〉玫某删投玻矠樗麄兊母≡?、困難而憂。“現(xiàn)在的年輕人不太容易專心了，房子的問題，賺錢的問題，都影響著他們專注于學(xué)術(shù)。希望有關(guān)部門能幫幫這些青年科研人員，讓他們能心無旁騖，用心科研。”
大院士，還會為小學(xué)生講課。去年3月，中科院大氣物理所為200余名小學(xué)生舉辦《氣象預(yù)報的過去、現(xiàn)在與未來》講座。年過八旬的曾慶存，全程站立講課，并耐心回答孩子們的問題。“從孩子們好奇的目光中，我看到了未來我們國家氣象事業(yè)發(fā)展的希望。”曾慶存說著，笑了，他笑得很開心。
曾慶存獲國家最高科學(xué)技術(shù)獎后，中科院大氣物理所研究員朱江曾在朋友圈里曬出了一張照片，令人動容。
照片中，曾慶存和朱江，坐在一處樓梯臺階上，曾慶存把單肩公文包墊在膝蓋上，正專注審讀著一份厚厚的材料……“那是2017年6月19日，在國家發(fā)改委舉辦的國家重大基礎(chǔ)科技設(shè)施‘地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置’建議書評審現(xiàn)場。當(dāng)時會場場地很小，沒有地方坐。曾先生就坐在樓梯上研究材料，并且鼓勵我講好答辯PPT。”朱江回憶著，當(dāng)時曾慶存已82歲高齡。
從2007年起，曾慶存一直倡導(dǎo)、參與我國自主研制地球系統(tǒng)模式。“現(xiàn)在1至3天的短期天氣形勢預(yù)報已積累了比較完善的經(jīng)驗，但更長時間的氣候預(yù)報精度還不夠理想。”曾慶存說，對于中國來說，長江、黃河流域頻繁發(fā)生干旱與洪澇災(zāi)害。兩流域的干旱與洪澇災(zāi)害是中國自然災(zāi)害中造成經(jīng)濟(jì)損失最嚴(yán)重的氣候災(zāi)害，每年造成大量的糧食損失和物資消耗，并嚴(yán)重影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。若能實現(xiàn)對于未來幾年、十幾年甚至更長遠(yuǎn)的氣候預(yù)測，將為國家減少數(shù)以億計的人力物力和經(jīng)濟(jì)損失。
這也就是地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置的重要意義所在——可以對大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈、生物圈等各圈層之間的相互聯(lián)系、相互作用開展研究，幫助人類應(yīng)對全球氣候和生態(tài)環(huán)境的變化。
2011年，中國科學(xué)院向國家提出以研制我國地球系統(tǒng)模式為首要任務(wù)并帶動地球科學(xué)模擬研究的“大科學(xué)裝置”，獲得批準(zhǔn)。如今，地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置已經(jīng)在懷柔科學(xué)城進(jìn)入全面建設(shè)階段，裝置建設(shè)內(nèi)容包括地球系統(tǒng)模式數(shù)值模擬系統(tǒng)、區(qū)域高精度環(huán)境模擬系統(tǒng)、超級模擬支撐與管理系統(tǒng)、支撐數(shù)據(jù)庫和資料同化及可視化系統(tǒng)等。項目總投資125521萬元，建筑面積24310平方米，預(yù)計2021年初步建成，2022年完成驗收。“等建成了，我一定要去現(xiàn)場看一看。”曾慶存期待著那一天。
“喜見國家強盛日，青燈伏案夜安心。”摘得國家最高科學(xué)技術(shù)獎后，曾慶存常常提起這句話，這是他一生的寫照，也是他奮斗一生的目標(biāo)。