大道至簡，氣象自成
——賀恩師丑紀范院士八十壽辰

黃建平

大道至簡，氣象自成
——賀恩師丑紀范院士八十壽辰

黃建平

人生有許多選擇，但關鍵的就那么幾步。令我深以為幸的是，在我的人生路上，能夠遇到這樣一位老師，一路指導我做出最正確的選擇、走過最光明的人生路。

老師既是學識淵博、具有開拓精神的學者，又是眼界開闊、具有戰(zhàn)略思想的科學家。他就是國際上知名的氣象學理論研究專家之一，中國氣象界的泰斗級人物，也是蘭州大學大氣科學專業(yè)的創(chuàng)始人——中國科學院院士丑紀范先生。

后輩學人如相問，一片冰心在玉壺。丑紀范先生把一生都奉獻給了氣象事業(yè)。不論事業(yè)、功名、生活、命運、境遇逆順坎坷，他都堅守不輟、矢志不渝。

1. 師恩如海 桃李深情

1986年，我跟隨丑紀范院士攻讀大氣科學博士學位，有幸成為先生招收的第一個博士研究生。更為榮幸的是，時至今日，我也能經常聆聽恩師的教誨。

還記得先生與我第一次見面，就長談了3個小時。從個人經歷、求學心得，再到寫論文的方法、做學問的技巧，都無所保留地對我一一說來。至今，我還對先生第一次的談話內容記憶猶新，這也成為日后我向學生們傳授的第一課。再回想，其實先生對每一位學生都是這樣真心真意愛護，全身心投入地培養(yǎng)。先生愿意把自己畢生的精華心得都傳授給學生，引導學生運用正確的思維方法，選擇正確的科學道路，樹立正確的人生理想，而這也正是他培育出那么多優(yōu)秀氣象事業(yè)人才的原因。

在教學中，先生非常注重夯實學生的科研基本功，要求學生既有扎實的理論和實際研究的基礎，又要勤動腦、勤動手，充滿活躍新穎的思想。記得那時，他要我一方面為本科生指導畢業(yè)論文，另一方面為研究生講授部分動力氣象課程。當時我并不理解先生的此番心思，只覺得自己對很多知識還“混混沌沌”。給學生指導論文的壓力迫使我努力了解專業(yè)領域的最新進展，梳理研究思路方法；而為了完成好先生提出的“上課不看講稿，公式現場推導”的要求，我只得細心備課，研習公式推導，將大氣動力學的基礎知識牢固地記在心里，以免被先生當堂一針見血地指出錯誤。而畢業(yè)后我明白了，正是先生這種獨特的培養(yǎng)方式，促使我充分認識自己的不足，在點滴積累中，增長了講授能力。

20世紀90年代，我先后在加拿大和美國從事研究工作。在此期間，先生一直關心著我在國外科研事業(yè)的發(fā)展。記得有一年圣誕，我接到先生寄來的一張賀卡，及隨附的一封長達六頁的書信。在書信中，先生悉數近年來國內大氣科學事業(yè)的發(fā)展，希望我能夠“以國家需求為己任”，回國發(fā)展。2003年，我辭去了國外的工作，承師命回到母校蘭州大學，參與籌建大氣科學學院。在學院籌建初期，先生傾注了大量的心血與精力。先生告訴我，要一年一個臺階，一步一個腳印，除了繼續(xù)數值天氣預報研究外，還要“立足西北，走出自己的特色”。

依托西北地區(qū)得天獨厚的自然環(huán)境，2005年，蘭州大學大氣科學學院率先在海拔1966米的萃英山頂上建立起了我國第一個能夠對云、氣溶膠和陸氣相互作用同時進行觀測的半干旱氣候與環(huán)境觀測站。時至今日，這座全球獨一無二的觀測站，已在研究解決我國黃土高原半干旱區(qū)氣候與環(huán)境等問題的科學研究中發(fā)揮了無可比擬的作用，學院也在研究干旱半干旱氣候，尤其在沙塵研究等方面，取得了一批具有創(chuàng)新意義和國際國內影響的標志性成果?；叵肫饋恚瑢W院的每一步發(fā)展，每一項成績，無不得益于先生的關懷，印刻著先生的影響。

2004年于陽臺山與學生合影（前排左五為丑紀范）

2. 研風習雨 追沙捕塵

先生長期從事數值天氣預報的基礎理論和方法及其有關的大氣和海洋動力學研究，他將數學、物理學、氣

象學等學科綜合運用，對已有大氣的觀測資料在數值預報和數值模擬的使用方面做出了系統(tǒng)的創(chuàng)造性研究，提出了一系列令世界氣象學界矚目的新觀點、新方法，并撰寫了大量有重大科學價值的學術論文和專著。

在我看來，先生最杰出的貢獻就是以創(chuàng)造性的理論開啟了中國數值天氣預報研究的自主創(chuàng)新之路。時至今日，這項研究成果依然為我國數值天氣預報業(yè)務的發(fā)展發(fā)揮著巨大的指導作用。

先生曾用最淺顯的語言，向我闡述了他在數值天氣預報方面的構思，并指導我將統(tǒng)計與動力相結合的數值天氣預報作為我博士論文的選題。先生說，過去的天氣預報依賴于預報員的經驗，在預報員的腦海中，天氣形勢的槽脊?jié)q落，就是一張張連貫的天氣圖。而后的數值天氣預報雖然取得了很大成績，但存在一個根本性的缺陷，即所謂的初值問題。只使用一個時刻的資料，而忽略了長期歷史資料的運用。如果將統(tǒng)計學的方法和歷史天氣圖應用進來，不只是用當時的天氣圖，而是可以像預報員一樣把歷史上的和近期的資料都用上，不是更好嗎？針對這個問題，先生下了很大功夫，專門研究并思考如何克服。

經過刻苦鉆研，先生于1962年完成了題為《天氣數值預報中使用過去資料的問題》的著名論文，將數值預報問題由微分方程定解問題轉化為等價的泛函極值問題，提出了在數值預報中使用前期觀測資料的具體實現方法。就其核心實質而言，這是世界上最早關于四維同化的理論和方法，比國際上提出同一思想的時間要早10年。

此外，先生還通過證明大氣溫壓場的連續(xù)演變和下墊面熱狀況的等價性，為充分利用已有的觀測資料打下了理論基礎。他進一步提出將古典初值問題改變?yōu)槲⒎址匠谭磫栴}的新觀點，將解反問題的理論應用到數值預報中來，提出用歷史資料反求參數并使之與長期預報模式相匹配的創(chuàng)新型方法，率先建立了一個動力統(tǒng)計的季節(jié)預報模式，取得了巨大的科研成果。這些研究成果，不但具有極高的理論研究水平，而且對天氣預報業(yè)務具有較強的實用價值和指導意義。

1981年，先生被公派到美國麻省理工學院作訪問學者，與著名氣象學家Lorenz一起工作。當時，國內在數值天氣預報領域的教材幾近空白，非線性大氣動力學在國際上剛剛起步。因此，先生一面將工作的重點放在專業(yè)教材編撰上，一面將研究的重點放在了非線性大氣動力學方面。

1982年回國后，先生率先在國際上開創(chuàng)了非線性大氣動力學長期演變的全局漸近性質的研究。論證了初始場作用的衰減，得到了大氣運動的長期行為具有向外源強迫的非線性適應過程，提出了大氣吸引子觀，進而得到定常外源作用下大氣運動的自由度縮減的結果。并將其應用于短期氣候預測和新的資料同化理論中，為我國大氣科學研究開辟了一個新的方向。1986年，先生出版了《長期數值天氣預報》一書，不僅引起了國內外學界的巨大震動，更為教材稀缺的氣象領域雪中送炭。而此后，他編寫的多本非線性大氣動力學研究生教材，也同

樣得到了同行專家的一致好評。

2004年為蘭州大學大氣科學學院揭牌（左四為丑紀范）

2006年為蘭州大學半干旱氣候與環(huán)境觀測站揭牌（前排左二為丑紀范）

1981年在麻省理工學院做訪問學者

20世紀90年代，先生依然活躍在大氣科學研究領域的最前沿，繼續(xù)為我國數值預報業(yè)務體系的完善和發(fā)展提供高屋建瓴的思想指導，并力主開展“原創(chuàng)性科技成果”的研究，發(fā)展我們自己的創(chuàng)造性理論和方法。2007年10月，73歲高齡的丑先生撰寫發(fā)表了《數值天氣預報的創(chuàng)新之路——從初值問題到反問題》一文。在文中，他就自己對數值天氣預報問題多年的鉆研思考做了系統(tǒng)總結，并對未來中國數值天氣預報的創(chuàng)新發(fā)展指明了道路。先生指出，目前，我國雖然已建立起了比較完整的數值預報業(yè)務體系，但是業(yè)務預報的準確率與國外先進水平還存在較大的差距，近10年差距是在擴大而不是縮小。對此，他寄語新一代氣象工作者，要完成從跟蹤創(chuàng)新向自主創(chuàng)新的轉變，強調“我國自主知識產權”和“原創(chuàng)性科技成果”，實事求是地分析和考察國內外的基本理念，找到根本性的可改進的缺陷，從而提高我們自身的預報水平。

3. 智者思維 哲學深蘊

在科學研究中，先生具有一套極富哲學深蘊的思維方法。在《院士思維》這本書中，他將這種思維方法概括為“不求形似，但求神似”。

在先生看來，大氣科學中蘊含著無窮無盡的復雜變化，各種矛盾、各類問題縱橫交錯，往往令人“亂花漸欲迷人眼”。如果什么都想抓，什么都去抓，其結果往往可能是什么都抓不好，事倍功半、成效甚微。他認為，對一個具體的科學問題，不能只求“形似”，主次不分，貪大求全；只有追求“神似”，結合實際，牽住牛鼻子，找準著力點，才能集中力量找到解決復雜問題的關鍵和重點。

對長期預報問題，特別是氣候系統(tǒng)的研究。先生認為，應先簡化，突出主要特征，揭示根本規(guī)律。在最大簡化的前提下，揭示問題的主要機制、主要規(guī)律，再從簡單到復雜建立起更完善的數學模型。

數值預報亟待解決的最主要問題，就是不能只利用物理規(guī)律，還應充分利用實況資料。針對主要問題，先生利用最大簡化的氣候模式進行了實驗，得到了許多具有意義的研究成果，并最終提出了在數值預報中使用歷史和近期資料的一整套理論和方法。

此外，先生認為，科學研究不能只見樹木、不見森林，只見局部、不見全體，將眼界拘囿于狹窄的范圍之中。而應正確處理局部和整體，階段和過程的關系，大處著眼的同時，兼顧小處著手。樹立全局思維，選擇最佳方案，實現最優(yōu)目標。

20世紀60年代，先生就采用集合論的觀念，用全局思維對數值預報進行綜合考慮。而從80年代開始，先生又按照此種思維方法，率先開展了同時考慮耗散、外源強迫的非線性大氣動力學研究。用全局分析的觀點，研究了大氣動力學方程組的性質。借助幾何直觀對大氣動力學方程組的極限解集進行了定性分析，運用胞映射理論對大氣系統(tǒng)的數值模型的整體特征進行了全局分析。從而給出了研究大氣可預測性問題的直觀圖形，并對“氣候”這個模糊的概念給出了嚴謹的數學定義。

在多年研究問題、解決問題的科學創(chuàng)造中，先生堅持運用盡可能考慮所有可能情況的全局形象思維，把思考的維度拓展到整個大氣系統(tǒng)的演變和長期的過程之中。站在高屋建瓴的宏觀層面上，對大氣科學中的多個問題，進行了長足的探討研究。

“簡化與全面是統(tǒng)一的，不要簡化的只要全面的，最后連全面的也丟失。要能簡化得恰當，就是有所不為已達到能有所為，就是要抓住矛盾的主要方面”。在先生看來，陰晴雨雪、風沙塵土，大自然的規(guī)律往往就蘊藏在這些既簡單又復雜的現象中。無法而有法，形非而神傳。先生提出的這種思維方式，既是對與科學本體價值的富有哲學深蘊的辯證思考，更是他本身不激不厲、至簡至純的人格風尚的反映。

4. 逆順坎坷 堅守不輟

對于先生的生平，我曾聽到過不同側面和角度的講述，以下記錄的只是我所了解的情況。

先生于1934年7月23日出生在湖南長沙，他的父親早年畢業(yè)于湖南大學電機工程系，在上海英租界美商中國電氣公司工作，母親受過良好的傳統(tǒng)文化教育。在先生7歲那年，太平洋戰(zhàn)爭爆發(fā)，日本人接管了英租界，不替日本人做事的父親帶領全家離滬返湘。返湘后，先生跟隨父母相繼在長沙、衡陽、祁陽、零陵、桂陽等地“逃難”。

1946年，先生12歲，光復后的長沙小學各年級同時招生。先生回憶這段經歷時說，“一開始我報了上四年級，而母親聽說鄰居的孩子比我小一歲報了五年級，而我落后別人這么多，就著急地哭了，我便又跑去改報了畢業(yè)班?！?/p>

雖然從小受到母親的教育，語文成績不錯，但對于算術，先生根本就沒有接觸過。在接下來半年的時間里，先生將全部的精力時間花在了算術上。在一番埋頭學習，夜以繼日的努力后，先生從“一竅不通”到“名列前茅”。而這段特殊的經歷，不僅使先生喜歡上數學這門深奧的學科，而且還培養(yǎng)了他的自學能力，訓練了邏輯思維，為之后從事理論研究打下了基礎。

1952年，先生以優(yōu)異成績考取了北京大學物理系。懷揣著科技報國的心愿，先生原來的志愿是搞原子能，從事國防工業(yè)研究，但入學后被分配到氣象專業(yè)。他深知個人志愿要服從于國家需要，因此并沒有在專業(yè)上鬧情緒。在著名氣象學家謝義炳先生的教誨和幫助下，他開始了自己研究氣象的生涯。

1956年，先生從北京大學物理系畢業(yè)，被分配到中

央氣象局科研所工作，在著名氣象科學家顧震潮先生的指導下，先生走上了數值天氣預報這條道路。正如先生所說，在自己的求學、研究過程中，有幸遇見了兩位名師——謝義炳先生和顧震潮先生。正是兩位恩師的指導和影響，使他能夠取得今天的成績。

命運總是在不經意間做出改變人生軌跡的選擇，若按照設定好的軌道，先生也許會一生都在北京從事他的氣象研究?？墒悄菆鰟邮幍恼芜\動，讓先生與蘭州大學——這座西北高校結下了緣分。1972年，先生從中央氣象局五七干校調到蘭州大學，擔任蘭州大學地質地理系氣象學專業(yè)教研室主任。在時任蘭州大學教務長崔乃夫的支持下，他開始了長期數值天氣預報的研究。

從濕潤的南方到干燥的西北，從北京舒適的研究環(huán)境到蘭州艱苦的科研條件，先生毅然服從組織決定，沒有絲毫怨言。在最艱苦的歲月里，先生始終沒有放棄對事業(yè)的追求，為大氣科學學科的發(fā)展做出了卓越的貢獻，成為蘭州大學大氣科學學院的奠基人。

1987年，蘭州大學成立大氣科學系，先生任第一任系主任。2004年，學校為了更好更快地發(fā)展大氣科學學科，成立了大氣科學學院，先生任名譽院長。

從1972年到2004年，先生見證了大氣科學學院從一個專業(yè)到一個系，再到一個獨立學院的發(fā)展之路。這其中浸透了先生的心血，以及一代代氣象人的汗水。而今，已步入耄耋之年的先生，仍心系大氣科學教育事業(yè)，時刻關心著大氣科學學院的發(fā)展。常來學院為晚輩報告講學，講授專業(yè)課程，與青年教師談心交流，為教學和科研工作建言獻策。

后輩學人如相問，一片冰心在玉壺。先生把一生都奉獻給了氣象事業(yè)。不論事業(yè)、功名、生活、命運、境遇逆順坎坷，他都堅守不輟、矢志不渝，這也時刻激勵著蘭州大學大氣科學學院的每一位教師和學生，不斷進步、不斷前行。

1947年親友合影（二排右二為丑紀范）

1953年在北京大學物理系學習

2009年獲蘭大百年特殊貢獻榮譽（右四為丑紀范）

5. 結語

2013年是丑紀范先生八十大壽，他為氣象事業(yè)奮斗了整整60年。一甲子的時光，中國大地風云變幻，先生一直活躍在氣象領域，用他的智慧觀察天地，體悟生命。先生雖然年事已高，卻依然沒有停止探索。大道至簡，只能體悟，不可言說。先生始終將自己看作是認識自然的學生，這份對自然規(guī)律的敬畏和謙虛，也許正是先生心中的大道。或許我們能從先生學術的大成就上窺之一二吧。而即使是這一二，也足以讓我們這些學生晚輩受益匪淺，成就生命的大氣象了。

在此，我謹代表我個人及蘭州大學大氣科學學院的全體師生向先生八十華誕及在大氣科學領域筆耕六十載不輟之榮，表示最真誠祝賀和最真摯的祝福，愿先生古稀重新，健康永駐，福壽綿長!

（作者單位：蘭州大學）