曾慶存：氣象萬(wàn)千映丹心

2019年12月30日，北京正是數(shù)九寒天。中科院大氣物理研究所一間普通的會(huì)議室里座無(wú)虛席。

會(huì)議室的中心是一位老者。黑衣白褲，滿(mǎn)頭銀絲，一頂氈帽。思維敏捷，邏輯清晰，不茍言笑。無(wú)論提問(wèn)者的位置距他有多遠(yuǎn)，老人回答時(shí)都要轉(zhuǎn)過(guò)身，面對(duì)提問(wèn)者，迎著對(duì)方的目光。

2020年1月10日，這位老者從國(guó)家主席習(xí)近平手中接過(guò)了“2019年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”獎(jiǎng)?wù)潞妥C書(shū)，他就是中科院大氣物理研究所研究員、國(guó)際著名大氣科學(xué)家曾慶存。

一場(chǎng)晚霜 一生志向

“小時(shí)候家貧如洗，拍壁無(wú)塵。雙親率領(lǐng)他們的孩子們力耕垅畝，只能過(guò)著朝望晚米的生活。深夜勞動(dòng)歸來(lái)，皓月當(dāng)空，在門(mén)前擺開(kāi)小桌，一家人喝著月照有影的稀粥——這就是美好的晚餐了?！?/p>

這是曾慶存在《和淚而書(shū)的敬懷篇》一文中寫(xiě)到的自己的童年生活。

1935年，曾慶存出生在廣東一個(gè)貧困的農(nóng)民家庭。一次，他的父親曾明耀在挑肥途中遇見(jiàn)小學(xué)校長(zhǎng)，校長(zhǎng)說(shuō)：“家中有幾個(gè)孩子？都多大年紀(jì)？一定要讓孩子讀書(shū)?！备赣H隨即將曾慶存的哥哥曾慶豐送入了小學(xué)。由于父母每日在田間勞作，年幼的曾慶存在家中無(wú)人照顧，哥哥便帶著他一起上學(xué)堂聽(tīng)課。

我國(guó)功績(jī)卓著的科學(xué)大家曾慶存，就以這樣一種非正規(guī)的身份開(kāi)始了自己的學(xué)生生涯。

“我和哥哥小時(shí)候讀書(shū)是打著赤腳、衣衫襤褸的，每日往返于田間和學(xué)堂。”曾慶存和哥哥一邊勞動(dòng)、一邊讀書(shū)，成績(jī)卻一直名列前茅。小學(xué)沒(méi)畢業(yè)，他們便參加了百里挑一的“跳考”，直接進(jìn)入初中讀書(shū)。此后，兄弟倆又因成績(jī)優(yōu)異先后獲得了學(xué)校公費(fèi)讀書(shū)名額。

新中國(guó)成立之初，我國(guó)急需氣象科學(xué)人才。彼時(shí)，曾慶存正在北京大學(xué)物理系讀書(shū)。1954年發(fā)生的一件事讓他印象深刻?！耙粓?chǎng)晚霜把河南40%的小麥凍死了，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐募Z食產(chǎn)量。如果能提前預(yù)判天氣，做好防范，肯定能避免不少損失?！?/p>

曾慶存（圖/ 《中華兒女》雜志）

經(jīng)歷過(guò)饑餓的曾慶存深深地體會(huì)到天氣和氣候?qū)r(nóng)業(yè)收成和人民生活的重大影響。所以，當(dāng)北大物理系安排一部分學(xué)生去學(xué)習(xí)氣象學(xué)專(zhuān)業(yè)時(shí)，他欣然服從。

誰(shuí)能想到，這次抉擇成了他人生的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

當(dāng)時(shí)，大學(xué)即將畢業(yè)的曾慶存到中央氣象臺(tái)實(shí)習(xí)時(shí)，看到氣象預(yù)報(bào)員們廢寢忘食地守候在天氣圖旁進(jìn)行分析判斷和發(fā)布天氣預(yù)報(bào)。但由于缺少精確計(jì)算，預(yù)報(bào)員做天氣預(yù)報(bào)往往只能是定性分析判斷和憑經(jīng)驗(yàn)做預(yù)報(bào)，心里沒(méi)有把握。

曾慶存看在眼里，記在心上，他下決心要研究客觀定量的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，提高天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，增強(qiáng)人類(lèi)戰(zhàn)勝自然災(zāi)害的能力。

敢挑最硬的骨頭“啃”

全國(guó)24小時(shí)晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率已達(dá)87%，暴雨預(yù)警準(zhǔn)確率提高到88%，強(qiáng)對(duì)流預(yù)警提前量達(dá)38分鐘，可提前3至4天對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑做出較為準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)……

如今，隨著氣象觀測(cè)與預(yù)報(bào)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們切身體會(huì)到：天氣預(yù)報(bào)越來(lái)越準(zhǔn)了。

而這背后，曾慶存功不可沒(méi)。

從20世紀(jì)40年代起，各國(guó)氣象學(xué)家就開(kāi)始積極探索讓天氣預(yù)報(bào)更精準(zhǔn)的方法。

1946年，世界上第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)“ENIAC”誕生。發(fā)明者之一莫奇來(lái)是位天氣預(yù)報(bào)的業(yè)余愛(ài)好者，有多年用手搖計(jì)算機(jī)做天氣預(yù)報(bào)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)。他認(rèn)為如果能解決大額數(shù)據(jù)計(jì)算問(wèn)題，將有利于天氣預(yù)報(bào)的突破。

1950年，美國(guó)一位氣象學(xué)家就使用“ENIAC”，做出了第一張24小時(shí)天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)圖，“數(shù)值天氣預(yù)報(bào)”一詞正式使用。

曾慶存說(shuō)：“所謂數(shù)值預(yù)報(bào)，就是根據(jù)大氣動(dòng)力學(xué)原理建立描述天氣演變過(guò)程的方程組（數(shù)學(xué)模型），然后輸入大氣狀態(tài)初值和邊界條件，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值求解，預(yù)測(cè)未來(lái)天氣?！?/p>

數(shù)值天氣預(yù)報(bào)誕生之初，準(zhǔn)確率并不高，在實(shí)際業(yè)務(wù)中還不能應(yīng)用，亟須在原始方程研究方面取得突破。

1956年，在蘇聯(lián)學(xué)習(xí)期間，曾慶存加入了對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)的研究，選擇了應(yīng)用斜壓大氣動(dòng)力學(xué)原始方程組做數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的課題。

這可是一道時(shí)人不大敢問(wèn)津的世界著名難題。當(dāng)時(shí)，曾慶存的導(dǎo)師、國(guó)際著名氣象學(xué)家基別爾也在研究原始方程，但他的研究只開(kāi)展了一半，碰到很大困難，尚未完成。

“所有的師兄都反對(duì)，認(rèn)為我很可能研究不出來(lái)，最后連學(xué)位都拿不到?！痹鴳c存說(shuō)。

然而，曾慶存從小就有一股子不服輸?shù)膭蓬^，越是難“啃”的硬骨頭越要好好“啃”。

于是，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，曾慶存開(kāi)始全力攻堅(jiān)。

天氣預(yù)報(bào)越來(lái)越準(zhǔn)的背后，曾慶存功不可沒(méi)（新華社 金立旺 攝）

曾慶存研究發(fā)現(xiàn)，原始方程難以求解的一大重要原因就是大氣運(yùn)動(dòng)具有不同的尺度、時(shí)刻都在變化，且包含風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度和氣壓等各種天氣變量，難以建立一套科學(xué)有效的穩(wěn)定計(jì)算方法?！拔液髞?lái)想到，何不化繁為簡(jiǎn)，按照大氣運(yùn)動(dòng)過(guò)程的快慢，隱去一方，分別計(jì)算，再加以整合?！?/p>

那個(gè)年代，計(jì)算機(jī)在蘇聯(lián)也很稀缺。曾慶存每天只能在深夜使用計(jì)算機(jī)。于是，他就白天用紙算，晚上帶著紙條去計(jì)算機(jī)房，一萬(wàn)多行程序，一條條驗(yàn)證。

經(jīng)過(guò)努力，1961年，曾慶存首創(chuàng)出“半隱式差分法”數(shù)值預(yù)報(bào)。這項(xiàng)成果立即在莫斯科世界氣象中心應(yīng)用，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率前所未有地提升到了60%以上。自此，數(shù)值預(yù)報(bào)成為天氣預(yù)報(bào)的主要方法。

隨后，曾慶存還發(fā)展了“標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)扣除法”和“平方守恒格式”等方法，這些方法至今仍是世界數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)的核心技術(shù)。

在此后的研究生涯中，曾慶存解決了大氣遙感的基礎(chǔ)理論問(wèn)題，寫(xiě)出了國(guó)際上第一本系統(tǒng)講述衛(wèi)星遙感定量理論的專(zhuān)著，其提出的“最佳信息層”等概念和方法，是如今監(jiān)測(cè)暴雨、臺(tái)風(fēng)等相應(yīng)災(zāi)害的極為重要的手段。而他提出的求解“遙感方程”的“反演算法”，也已成為世界各主要衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理和服務(wù)中心的主要算法，得到了廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)80年代后，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)被延伸至氣候變化模擬和預(yù)測(cè)。

引領(lǐng)方向，不忘言傳身教

曾慶存不僅是一位優(yōu)秀的科學(xué)家，還是一位推動(dòng)我國(guó)科研發(fā)展的杰出領(lǐng)導(dǎo)者。

1984年，年僅49歲的曾慶存挑起了中科院大氣物理研究所（下稱(chēng)“大氣所”）所長(zhǎng)的重任。然而，剛一上任，迎接他的就是巨大的困難和挑戰(zhàn)。

20世紀(jì)80年代初期，我國(guó)基礎(chǔ)研究正處于極其困窘的境地：國(guó)家經(jīng)濟(jì)落后投入少，人們也沒(méi)意識(shí)到基礎(chǔ)研究的重要性。大氣所因此缺少科研經(jīng)費(fèi)，實(shí)驗(yàn)室極其簡(jiǎn)陋，資料沒(méi)錢(qián)買(mǎi)，設(shè)備沒(méi)錢(qián)更新，生活條件就更不必說(shuō)了。在這樣的狀況下，整個(gè)所里人心渙散。

曾慶存看在眼里，急在心上。

曾慶存手書(shū)（圖/中科院大氣物理研究所）

中科院原黨組副書(shū)記郭傳杰至今都還記得，30多年前他到大氣所調(diào)研時(shí)，曾慶存為基礎(chǔ)研究和大氣所發(fā)展奮力疾呼的場(chǎng)景。“他說(shuō)，‘古人有陶淵明，能夠不為五斗米折腰。我也算是個(gè)知識(shí)分子吧，如果是為我自己，我也不會(huì)為五斗米去折下自己這個(gè)不太高貴的腰。而現(xiàn)在，我已經(jīng)折得腰肌勞損了，可還得繼續(xù)折下去。為什么呢？因?yàn)槲也荒茏岓每蓸E等老一輩科學(xué)家創(chuàng)立的優(yōu)秀研究所在我手上衰落下去。大氣研究是與國(guó)家安全、民生等相關(guān)的非常重要的領(lǐng)域，其實(shí)我們也不會(huì)花太多的錢(qián)，就是希望國(guó)家能夠重視基礎(chǔ)研究，讓我們的科研人員能夠有一個(gè)安心的環(huán)境來(lái)做工作就行了?！?/p>

郭傳杰坦言，那次曾先生的發(fā)言讓他有一種振聾發(fā)聵的感覺(jué)，也讓自己肩上有了一份要推動(dòng)國(guó)家基礎(chǔ)研究大力發(fā)展的責(zé)任。

此后，在擔(dān)任所長(zhǎng)的9年間，曾慶存身體力行，歷盡艱難。在他的帶領(lǐng)下，大氣所上下一心，順應(yīng)改革形勢(shì)以及世界大氣科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)，到達(dá)了一個(gè)新的輝煌高度。他開(kāi)創(chuàng)和領(lǐng)導(dǎo)的“大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”“大氣邊界層物理和大氣化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和“國(guó)際氣候與環(huán)境科學(xué)中心”短短幾年便在國(guó)際上頗有名氣，成為我國(guó)大氣科學(xué)基礎(chǔ)研究的中堅(jiān)力量。

在引領(lǐng)和指揮大氣科學(xué)大方向的同時(shí)，曾慶存還不忘言傳身教，為我國(guó)氣象事業(yè)培養(yǎng)了一批又一批優(yōu)秀研究生和青年學(xué)者，這些人中的大部分已經(jīng)成為國(guó)家大氣科學(xué)研究和業(yè)務(wù)領(lǐng)域的骨干和頂尖人才。

曾慶存教導(dǎo)學(xué)生，做學(xué)問(wèn)要做深做透，不能淺嘗輒止。為此，他以身作則，每次修改學(xué)生論文，必仔細(xì)斟酌修改多次。他的學(xué)生都有過(guò)這種經(jīng)歷：曾先生修改后的論文草稿都是密密麻麻，又有加頁(yè)的，需認(rèn)真思考才能讀懂。

除此之外，曾慶存還特別注重學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)，注重多學(xué)科的交叉融合。他帶過(guò)的研究生和博士后中，除了來(lái)自大氣科學(xué)專(zhuān)業(yè)背景的，還有來(lái)自基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、海洋科學(xué)，以及控制論和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的。

正源于曾慶存的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，很多他帶過(guò)的學(xué)生如今正一步步成長(zhǎng)為科研骨干，在國(guó)內(nèi)外氣象領(lǐng)域不斷嶄露頭角。

在埋頭科研之余，曾慶存也寫(xiě)得一手好詩(shī)和好文章。雖然許多人將科學(xué)和藝術(shù)看作兩個(gè)完全不同的領(lǐng)域，但他卻指出無(wú)論科研還是寫(xiě)作，都離不開(kāi)理性思維和形象思維二者的相互配合。在曾慶存看來(lái)，做學(xué)問(wèn)也是要講求美的，“枯燥無(wú)味的學(xué)問(wèn)不是好學(xué)問(wèn)”。

談及中國(guó)大氣科學(xué)的未來(lái)，耄耋之年的曾慶存充滿(mǎn)信心，并寄予厚望。“我曾立志攀上大氣科學(xué)的珠峰，但種種原因所限，沒(méi)能登上頂峰，大概只在8600米處建立了一個(gè)營(yíng)地，供后來(lái)者繼續(xù)攀登。真誠(chéng)地希望年輕人們勇于攀登，直達(dá)無(wú)限風(fēng)光的頂峰?！保ū究C合）■