曾慶存：喜見國家強盛日，青燈伏案夜安心

張  航

曾慶存

地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置已經在懷柔科學城進入全面建設階段，裝置建設內容包括地球系統(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。

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》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年度國家最高科學技術獎之后，這位85歲的中國科學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、暴雨等氣象災害的襲擾。

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，走出了兩名大學生，后來都成為了著名科學家，一位是我國著名地質學家曾慶豐，還有一位，就是曾慶存。

丹心開日月風雨不愁窮

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。”

窮人家的孩子早當家。白天，曾慶存和哥哥曾慶豐在學堂上課學習，放學后，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，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，曾氏兄弟復習功課，還和父親吟詩頌詞，甚至颶風登陸，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：“長風似宇空”……后來父子聯(lián)手，成詩一首：“久雨疑天漏，長風似宇空。丹心開日月，風雨不愁窮”。當時，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。小學沒畢業(yè)，曾慶存兄弟倆便參加了百里挑一的“跳考”，直接進入初中讀書。上了中學，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，國家擴大高校招生，曾慶存報考了北京大學物理系，被順利錄取。

上了大學，苦讀，依然是曾慶存的堅持。大學四年，他寒暑假都沒有回家，埋頭讀書。物理、氣象、數(shù)學……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，如果能提前預判天氣，做好防范，農業(yè)生產，就肯定能避免不少損失。

新中國成立之初，無論是抗美援朝，還是國民經濟建設，都急需氣象科學人才。當時，北京大學物理系安排一部分學生學氣象學專業(yè)，曾慶存毫不猶豫地報了名。

上世紀50年代，我國的氣象科學還處于半理論半經驗階段。曾慶存到中央氣象臺實習，氣象員們廢寢忘食地守候在天氣圖旁，進行分析判斷，發(fā)布天氣預報。但由于缺少精確的計算，他們預報天氣常常只能“觀云識天”，“看見天上鉤鉤云，就知地上雨淋淋”，可光靠看、靠經驗，預報怎能精準。

曾慶存想有所改變。大學畢業(yè)后，他被選派進入蘇聯(lián)科學院應用地球物理研究所學習，師從著名氣象學專家基別爾。

自此，使“天有可測風云”，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

看到中國學生扎實的數(shù)學、物理功底，基別爾想要“難為難為”曾慶存，為他選了一道當時氣象預報界的“世界級”難題作為論文題目——應用斜壓大氣動力學原始方程組做數(shù)值天氣預報的研究。

1950年，美國氣象學家利用計算機做出了第一張24小時天氣形勢預報圖，“數(shù)值天氣預報”一詞正式使用。數(shù)值天氣預報就是根據(jù)大氣動力學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，預測未來天氣。當時世界上雖已嘗試用動力學方法作天氣形勢短期預報，但都做了超級簡化，結果是不能達到實用要求。導師基別爾也在做數(shù)值預報的研究，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、風向、風速等等，又包含有渦旋和各種波動的運動過程，這在當時的條件下，常規(guī)計算很難追上“老天爺”變幻莫測的速度。

“導師把這個題目給我時，所有的師兄都反對，認為我很難取得突破，還有拿不到學位的風險。但導師很信任我。”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，依舊是他的應對之法。

幾經失敗，堅持不懈。1960年10月的一天，已經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？”

在導師的指導下，曾慶存全力攻堅。當時，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)值預報。這項成果立即在莫斯科世界氣象中心應用，當時就將氣象預報準確率提升到了61%。

前所未有。

自此，數(shù)值預報成為氣象預報的主要方法。

在蘇聯(lián)獲得副博士學位后，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，雄心初立志驅前。男兒若個真英俊，攀上珠峰踏北邊。”

1966年1月，中國科學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，國內沒有高速電子計算機，曾慶存在原始方程數(shù)值天氣預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的基本理論問題，以及數(shù)值天氣預報進一步發(fā)展中要解決的理論問題。這在當時看來十分抽象和“脫離實際”，但極具前瞻性。后來證明，曾慶存的研究，對數(shù)值預報進一步的發(fā)展極為重要，也為后來我國的科學家們將數(shù)理科學和地球科學的交叉融合打下了發(fā)展的基礎。

不少大氣物理所的工作人員都說，曾慶存對我國天氣預報的重要貢獻，除了數(shù)值預報領域，還有氣象衛(wèi)星領域。

上世紀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大至整個大氣科學，憑借扎實的數(shù)理基礎，1970年，他被急調參加我國氣象衛(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)星進行氣象監(jiān)測打下了理論基礎。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“風云可測”。

憑借數(shù)值預報和氣象遙感技術的成功應用，我國的氣象預報準確度、分辨率和精細化水平都取得了長足的發(fā)展，尤其是臺風預報躋身世界先進水平。

2018年9月，超強臺風“山竹”襲擾我國沿海地區(qū)，預報的臺風路徑和最后的實際路徑高度吻合，有效地服務了當?shù)嘏_風防御。“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過程，但通過提前預知，提前防御，很多次臺風過程已經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年度國家最高科學技術獎，耄耋之年的曾慶存已站在大氣科學領域的學術高峰，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，曾慶存還是會經常去大氣物理所的辦公室，看看青年科研人員的研究進度，聽聽他們的想法。青年科研人員的成長，一直是曾慶存最關心的事。他為他們取得的成就而喜，也為他們的浮躁、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術。希望有關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，還會為小學生講課。去年3月，中科院大氣物理所為200余名小學生舉辦《氣象預報的過去、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技術獎后，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科技設施‘地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置’建議書評審現(xiàn)場。當時會場場地很小，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，當時曾慶存已82歲高齡。

從2007年起，曾慶存一直倡導、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報已積累了比較完善的經驗，但更長時間的氣候預報精度還不夠理想。”曾慶存說，對于中國來說，長江、黃河流域頻繁發(fā)生干旱與洪澇災害。兩流域的干旱與洪澇災害是中國自然災害中造成經濟損失最嚴重的氣候災害，每年造成大量的糧食損失和物資消耗，并嚴重影響工農業(yè)生產。若能實現(xiàn)對于未來幾年、十幾年甚至更長遠的氣候預測，將為國家減少數(shù)以億計的人力物力和經濟損失。

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，幫助人類應對全球氣候和生態(tài)環(huán)境的變化。

2011年，中國科學院向國家提出以研制我國地球系統(tǒng)模式為首要任務并帶動地球科學模擬研究的“大科學裝置”，獲得批準。如今，地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置已經在懷柔科學城進入全面建設階段，裝置建設內容包括地球系統(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。”摘得國家最高科學技術獎后，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。

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