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  • 让中国的天气预报越来越准

        他是我国气象预报事业的泰斗,曾获有气象界“诺贝尔奖”之称的国际气象组织奖。他首创的半隐式差分法,在世界上第一个成功求解了斜压原始方程组,给出了世界上第一张求解原始方程组的天气预报图,降低了气象灾害给人类生产生活带来的损失,这一方法至今仍在气象预报中广泛应用。他就是中国科学院院士、中科院大气物理研究所研究员曾庆存。

        档案

        北京大学物理系毕业,先后进入中国科学院地球物理研究所、中国科学院大气物理研究所工作,担任助理研究员、研究员。1979年,被评为全国劳动模范;1980年,当选中国科学院学部委员(院士)。1994年和2014年,分别当选俄罗斯科学院外籍院士和美国气象学会荣誉会员。2016年6月,获第61届国际气象组织奖。

        一场晚霜冻死四成小麦

        促使从学物理转行学气象

        曾庆存出生在广东阳江的一个贫穷农民家庭。没正式读过书的父亲深知读书的重要,让两个儿子一边务农一边读书。在父亲的教导下,这个家庭走出两个大学生,培养出两位科学家:一位是曾庆存,另一位是他哥哥曾庆丰——我国著名地质学家。

        1952年,曾庆存考入北京大学物理系。“当时我们一开始学的是普通的基础物理内容,学气象学专业是后来改的。”他说,新中国成立之初,无论是抗美援朝,还是国内的国民经济建设,我国都急需气象科学人才。“有一件事我印象很深,1954年的一场晚霜,把河南40%的小麦冻死了,严重影响了当地的粮食产量,老百姓吃不饱肚子。如果能提前预判天气,做好防范,肯定能减不少损失。”曾庆存对记者说,自己经历过饥饿,深有体会,后来学校安排一部分学生改学气象学专业,曾庆存毫不犹豫地就答应了。

        1956年,曾庆存大学毕业之后,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。此时,他发现自己在国内所学的水平跟人家还差了一大截,“数学水平不行,物理基础不牢,底子薄。”他说,自己不服输,就必须努力,一本书的第一页自己要读几天才能明白。只有努力啃书本,把第一章的知识学懂,后面才能学得越来越快。

        首创“半隐式差分法”

        气象预报准确率提升至61%

        很多市民在早晨上班前都有看一眼天气预报的习惯。这些预报结论是怎么得出的?如今靠的是计算机对各种气象参数的运算。曾庆存说,在过去可不是这样,除了简单的地面观测设备,剩下就靠预报员的经验。因此,观云识天是一名预报员的基本功,所谓“看见天上钩钩云,就知地上雨淋淋”,可光靠看、靠经验,预报准确率肯定上不去。

        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。曾庆存告诉记者,所谓数值预报,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,到时候输入观测资料作为初值,用计算机数值求解,预测未来天气。

        在苏联学习期间,曾庆存加入了对数值预报的研究。他发现,影响数值预报准确率的一大重要原因就是气流扰动、气旋、气温等各种天气参数繁多,且尺度不同、时刻都在变化,难以建立一套科学有效的计算方法,“我后来想到,何不化繁为简,隐去对方,先各自计算气象参数,再加以整合。”在导师的指导下,曾庆存开始全力攻坚。那个年代,计算机在苏联也是稀缺宝贝,曾庆存每天只有10个小时的上机时间,而且还只能在深夜。于是,他就白天用纸算,晚上带着纸条去上机,一万多行程序,一条条验证。

        1961年,曾庆存首创出“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,预报准确率前所未有地提升到了61%。自此,数值预报才成为气象预报的主要方法。

        研究应用卫星遥感理论

        台风预报跻身世界先进水平

        在苏联获得副博士学位后,曾庆存立即回国进入中国科学院地球物理研究所工作。他先后担任助理研究员、研究员。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。曾庆存一直在大气物理所工作到现在。

        不少大气物理所的工作人员告诉记者,曾院士对我国天气预报的贡献,除了数值预报领域,还有气象卫星领域。上世纪六十年代,美国和苏联已经有了气象卫星。1970年,周恩来总理提出中国要研制自己的气象卫星,曾庆存是最早进入研发小组的成员之一,并且承担了规划和科学指导工作。其间,他深入研究应用卫星进行遥感的理论问题,并于1974年发表专著《大气红外遥测原理》,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,确保我国的气象遥感技术处于全球领先的国家行列。

        正是由于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,有效地服务了当地的台风防御。“我们都看到了香港写字楼文件满天飞的视频,实际上那次台风造成的人员伤亡很低。”曾庆存对记者说,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。

        着眼未来气象预报发展

        建设地球系统数值模拟装置

        不久前,大气物理所举办了一场题为《气象预报的过去、现在与未来》的讲座。曾庆存是主讲人。他全程站立,告诉在场的200多名小学生我国气象预报的发展和成就,并回答了孩子们的提问。“从他们好奇的目光中,我看到了未来我们国家气象事业发展的希望。”曾庆存对记者说。

        尽管已经84岁高龄,但曾庆存依然对科研、科普和人才培养的热情不减。只要身体允许、没有出差,他几乎天天会去大气物理所的办公室,看看青年科研人的研究进度,听听他们的想法。他一直在关注青年科研人的成长,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,让他们能心无旁骛,用心科研。”他对记者说。

        几年前,曾庆存还与多位科学家一起倡议推动建设地球系统数值模拟装置。他说,目前的气象预报技术对于未来几天、十几天的天气已经能够做出预判,但对于未来几年、十几年甚至更长远的气候预测,就显得能力不足了。地球系统数值模拟装置将会发挥极为重要的作用,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。

        记者了解到,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。这座大科学装置原计划2020年完成,目前很有可能会提前。“等建成了,我一定要去现场看一看。”曾庆存说。

        本报记者 张航