欲登珠峰 與天博弈
——記2019年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎獲獎?wù)咴鴳c存

段盼盼

曾慶存

2020年將是曾慶存的豐收年。

這一年，作為大科學(xué)裝置總項目的創(chuàng)導(dǎo)者，以及地球系統(tǒng)模式研制的總負(fù)責(zé)人之一，他參與的國家大科學(xué)裝置——地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置將完成建設(shè)。雖然他不愿在其中擔(dān)任正式頭銜，但這卻并不妨礙他在其中發(fā)揮重要的作用。

另一件喜事是在如期到來的國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，曾慶存問鼎國家最高科學(xué)技術(shù)獎。這不僅是對他個人的認(rèn)可，更是對中國氣象學(xué)界的高度認(rèn)可。

與天博弈六十余載，曾慶存見證了新中國氣象學(xué)事業(yè)發(fā)展的一路坎坷，一路收獲，他也逐漸成為這其中的關(guān)鍵人物之一。

遠在他鄉(xiāng)露鋒芒

新中國成立初期，我國的氣象事業(yè)剛剛起步。也就在這時，曾慶存以優(yōu)異的成績順利考取了北京大學(xué)物理系。恰逢當(dāng)時國家遭受了幾場嚴(yán)重氣象災(zāi)害，亟需建立氣象學(xué)的業(yè)務(wù)和研究，在恩師謝義炳院士的建議和教導(dǎo)下，曾慶存選擇了大氣物理學(xué)，并為之奮斗一生。

1957年，我國氣象站的發(fā)展初具規(guī)模，迅速建成了具有一定密度的氣象臺站網(wǎng)，并開始為公眾服務(wù)。為了改變氣象科學(xué)知識相對落后、國內(nèi)學(xué)科人才相對缺失的情況，國家分派一批人到蘇聯(lián)學(xué)習(xí)氣象專業(yè)，曾慶存名列其中。在蘇聯(lián)學(xué)習(xí)期間，曾慶存很快發(fā)現(xiàn)了自己的不足，“我數(shù)學(xué)不如人家，差遠了，可以這么講，力學(xué)也比他們差遠了”，為此他專門跑到莫斯科大學(xué)惡補學(xué)術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)過一年半的不斷追趕，他在數(shù)學(xué)、氣象動力學(xué)和大氣物理方面均取得了優(yōu)異的成績。

因為成績優(yōu)異，能力突出，曾慶存的研究生導(dǎo)師交給了他一個難度極高的論文題目，即應(yīng)用原始方程作數(shù)值天氣預(yù)報的研究。實際上這是一個國際上都未解決的大難題。面對如此大的挑戰(zhàn)，曾慶存不但沒有心生退縮，反而還十分激動。他立馬投入到研究當(dāng)中，開始了沒日沒夜的計算。但是，當(dāng)時的計算機精確度太低，這又為他求解原始方程加大了難度。

在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，經(jīng)過近兩年的反復(fù)大量運算之后，曾慶存終于提出了一個數(shù)值求解原始方程的辦法，建立了“半隱式差分”方案，成為世界上最早成功應(yīng)用原始方程進行實際數(shù)值天氣預(yù)報者。通過實踐證明，這一方法使天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率達到了60%以上，一年以后蘇聯(lián)開始應(yīng)用原始方程形成業(yè)務(wù)，而美國到1966年才完全解決原始方程。

至今，曾慶存首創(chuàng)的“半隱式差分”方法仍在應(yīng)用，但當(dāng)時的曾慶存并不知道，這個他費盡心思解出的原始方程將完全改變中國氣象科學(xué)的發(fā)展走向。

攀上珠峰踏北邊

“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。”這是曾慶存回國之后，有感而發(fā)所作的詩。1961年，26歲的曾慶存畢業(yè)回國，立志要攀登大氣科學(xué)的珠穆朗瑪峰，為我國氣象事業(yè)發(fā)展貢獻自己的一份力量。然而，再高的志向都需要考慮現(xiàn)實因素。雖然我國的氣象事業(yè)已經(jīng)全面鋪開，但當(dāng)時并沒有大型的計算機來支撐大量高難度計算的實現(xiàn)。很長一段時間，曾慶存只能一邊做一些氣象研究理論工作，一邊堅持推進改善原始方程。

曾慶存很早就意識到了數(shù)值天氣預(yù)報的重要性，在見證了1975年河南駐馬店特大暴雨災(zāi)害所造成的損害后，他更下定決心要發(fā)展我國的數(shù)值天氣預(yù)報，提前防汛，減少國家和人民的損失。與此同時，我國也已經(jīng)開始研制自己的氣象衛(wèi)星，曾慶存被抽調(diào)到我國氣象衛(wèi)星設(shè)計的總體規(guī)劃工作組擔(dān)任科技骨干，從事氣象衛(wèi)星設(shè)計和衛(wèi)星遙感研究工作。

這一工作對于曾慶存來說是一個重要機會，監(jiān)測是數(shù)值天氣預(yù)報的基礎(chǔ)，一旦氣象衛(wèi)星研制成功，數(shù)值天氣預(yù)報可以根據(jù)氣象衛(wèi)星監(jiān)測獲得更大范圍的氣象資料，從而更加準(zhǔn)確、全面地預(yù)報出未來的天氣?！盁衾湮枚Ｒ勾Α?，經(jīng)過無數(shù)個無眠的夜晚，最終曾慶存把自己的研究成果上升為理論，于1974年出版了《大氣紅外遙感原理》一書。這是當(dāng)時國際上第一本系統(tǒng)講衛(wèi)星紅外遙感定量理論的專著，提出的最佳信息層等概念和方法清楚地說明了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。

在曾慶存的研究理論基礎(chǔ)之上，我國自行研制的第一顆氣象衛(wèi)星“風(fēng)云1號”也于1988年9月7日發(fā)射成功，并在第一時間傳回了清晰的遙感圖像。結(jié)合數(shù)據(jù)，他又出版了一部長達80萬字，將數(shù)學(xué)、力學(xué)和氣象學(xué)有機地結(jié)合起來的大氣動力學(xué)和數(shù)值天氣預(yù)報的專著。該專著汲取了各學(xué)科之所長，即使現(xiàn)在看來，也是走在了學(xué)科交叉的前沿。

至此，我國正式起步建立數(shù)值天氣預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)，雖然比國外晚了整整25年，但是曾慶存有信心可以在技術(shù)上實施趕超。到20世紀(jì)90年代中期，在曾慶存的帶領(lǐng)下，在曾慶存團隊多年不懈的努力下，我國的數(shù)值預(yù)報水平已與先進國家基本相同?，F(xiàn)在，數(shù)值天氣預(yù)報業(yè)務(wù)已經(jīng)是我國天氣預(yù)報的常用業(yè)務(wù)，它能夠及時有效地預(yù)報日常天氣和氣象災(zāi)害，在保護公民生命財產(chǎn)安全方面起到了重要作用。

未到珠峰路尚遙

60多年來，曾慶存一直在跟氣象打交道，與氣象學(xué)科相關(guān)的一切都已經(jīng)深入他的血液。數(shù)值天氣預(yù)報發(fā)展至今，他始終沒有停下研究的腳步。為了了解全國各地的地貌情況和氣象觀測數(shù)據(jù)，他走遍了全國各地的氣象站，希望全面了解各個地方的數(shù)據(jù)情況，精準(zhǔn)自己的業(yè)務(wù)成果。

在這期間，為了適應(yīng)大氣科學(xué)發(fā)展的潮流和解決實際問題的需要，曾慶存還開展了氣候動力學(xué)、氣候系統(tǒng)模式和數(shù)值氣候預(yù)測理論方法的研究，并于1994年建立了世界首個夏季降雨量距平預(yù)告方法。由于他出色的研究工作在國際上得到了廣泛認(rèn)可，1994年他被選為俄羅斯科學(xué)院外籍院士，1995年被選為第三世界科學(xué)院院士。

在對數(shù)值模式的持續(xù)研究中，曾慶存敏銳地意識到，隨著高性能計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，中國通過數(shù)值模擬手段，可以對整個地球系統(tǒng)進行模擬和預(yù)測。對此，他領(lǐng)導(dǎo)和參與了我國自主研制的地球系統(tǒng)動力學(xué)模式，還與多位科學(xué)家一起倡議推動建設(shè)了地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置。

地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置可以研究和預(yù)估全球氣候和生態(tài)環(huán)境變化，在精確數(shù)值天氣的基礎(chǔ)上，提前預(yù)估近一年甚至幾十年的氣候情況。該裝置的建設(shè)與應(yīng)用將為我國防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對氣候變化、大氣環(huán)境治理等重大問題提供科學(xué)支撐，促進我國地球科學(xué)整體向世界一流水平跨越。

2017年5月16日，82歲的曾慶存捧回了被稱為“氣象界諾貝爾獎”的“國際氣象組織獎”，這是全球氣象界的最高榮譽獎項。盡管如此，曾慶存仍認(rèn)為自己并沒有登上頂峰，他說道：“如果把大氣科學(xué)整體比作珠穆朗瑪峰，那么這些年來，我一直在努力攀登，但是種種原因所限，我沒有達到。我只登到了大概8600米的地方，建了一個營地，希望年輕人可以借助這個營地真的登上珠穆朗瑪峰。”

氣象萬千，變幻莫測。曾慶存的一生其實就做了一件事情，那就是從這無窮的變幻里不斷精確人們可以掌握的規(guī)律，以此來造福人民，造福國家。