楊明祥：水利氣象大有可為

衛(wèi)婷婷

古時候，科技不發(fā)達，“雷公”“電母”就是大自然實時的天氣預報員。如今，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的興起，人們不僅可以在幾個小時前，甚至可以在幾天前預見未來的氣象。氣象為什么這么重要？因為自古以來，它就和人們的出行、采購、安全等息息相關(guān)。如今，各行各業(yè)都關(guān)注氣象，并研發(fā)了相關(guān)的預報系統(tǒng)，中國水利水電科學研究院水資源研究所氣候變化與水資源研究室主任楊明祥，就帶領(lǐng)他的團隊開發(fā)了流域降水預報服務(wù)平臺等，為推動我國水利氣象事業(yè)的發(fā)展貢獻了力所能及的力量。

一波三折成就水利氣象人生

在外人眼里，楊明祥一直是“別人家的孩子”，勤奮踏實，成績優(yōu)異。但他其實也經(jīng)歷過挫折，幸運的是，踏過荊棘鋪就的道路后，他最終進入水利工程領(lǐng)域，為中國水利工程建設(shè)作貢獻的同時，綻放出生命的光芒。

楊明祥出身軍人家庭，“聽我母親說，我的姥爺是老八路，抗日戰(zhàn)爭時期，為了掩護村民撤退被俘，后來家人發(fā)現(xiàn)他的時候，手指斷了，牙也沒了，身上還有烙鐵的印記?！边@件事對楊明祥的觸動很大，長大后，他立志為國作貢獻，先是參軍，后是報考空軍飛行員，結(jié)果都因為近視度數(shù)太高，最終沒能如愿。

但楊明祥報國的理想并沒有熄滅。既然不能靠參軍報國，那就另尋他路。對理想的堅定和執(zhí)著，讓他很快找到了新的目標。因為從小物理成績優(yōu)異，楊明祥有了要當一名核物理研究人員的理想，但因為高考接連失利，他最終選擇進入南昌航空工業(yè)學院軟件工程專業(yè)。為了有朝一日能實現(xiàn)最初的夢想，他不懈努力，“那個時候，學校很熱，來上自習的最多四五個人，最少一個。”而楊明祥就是那個雷打不動，天天準時上自習的人?？炭鄬W習讓他獲得了豐厚的回報。大學4年，他拿了3個一等獎學金，1個二等獎學金，1個國家獎學金，1個優(yōu)秀畢業(yè)生稱號，幾乎所有能拿的獎都拿了?？炭嗯Φ臅r候，楊明祥腦海里只有一個念想，就是考上研究生后好轉(zhuǎn)專業(yè)。

然而因為學科跨度太大，楊明祥離最初的夢想漸行漸遠，他最終也學會了換個角度重新審視命運的安排，“三百六十行，行行出狀元。無論從事的是什么行業(yè)，只要肯努力，就一定能為國作貢獻。”即使和命運斗爭不過，也可以在另一個領(lǐng)域從容生活，楊明祥擁有這種能力——無論做什么都要做到極致，他雖然不喜歡軟件工程專業(yè)，但卻是當時整個年級編程學得最好的同學之一。

憑借出色表現(xiàn)，本科畢業(yè)后，楊明祥考上西安理工大學水利水電學院研究生，師從解建倉教授學習水文水資源專業(yè)，主要研究方向為水利信息化。3年之后，他又以全年級第一名的成績考上清華大學博士。2012年9月—2015年7月，他就讀于清華大學水利水電工程系（與中國水利水電科學研究院聯(lián)合培養(yǎng)），師從王浩院士、王忠靜教授、蔣云鐘教高，主要研究方向為氣象水文預報，從此與水利氣象事業(yè)結(jié)下了情緣。

水木清華，鐘靈毓秀。在清華大學導師的熏陶和啟迪之下，楊明祥的研究越深入，對相關(guān)領(lǐng)域的探索欲望越強烈。博士期間，他幾乎每天都是凌晨2點睡覺，早上5：30起床，奔忙于清華大學和中國水利水電科學研究院（簡稱“水科院”）之間。攻讀博士學位的最后一年，因為要準備論文，為了搶占清華圖書館座位，住在水科院的楊明祥常常早上5點多就出門，然后騎車到清華學習，一整年風雨無阻。汗水澆灌換來豐收碩果，博士畢業(yè)后，楊明祥成為清華大學極少數(shù)3年就能博士畢業(yè)的優(yōu)秀學生。

萬丈高樓平地起，求學期間的刻苦努力為楊明祥打下了堅實的基礎(chǔ)。2015年博士畢業(yè)后，他選擇留在水科院水資源研究所從事氣候變化、智慧水務(wù)、氣象水文預報等方面的研究工作。如今，楊明祥已經(jīng)成為氣候變化與水資源研究室主任，自2020年10月起，掛任三峽集團科學技術(shù)研究院水資源高效利用技術(shù)研究中心副主任。期間，他作為項目負責人或技術(shù)骨干先后參與完成國家自然科學基金、科技支撐、重點研發(fā)計劃等科研項目40余項，相關(guān)科研成果獲大壩工程學會科學技術(shù)獎特等獎1次，大禹水利科學技術(shù)獎一等獎1次、二等獎1次，中國水利水電科學研究院科技進步獎特等獎2次;作為主要完成人提出的“變化環(huán)境下氣象水文預報關(guān)鍵技術(shù)”被水利部鑒定為國際領(lǐng)先，相關(guān)核心技術(shù)在黃河、長江等大江大河得到了推廣應(yīng)用;作為項目負責人或技術(shù)骨干編制了《北京水務(wù)信息化頂層設(shè)計》《北京城市副中心智慧水務(wù)頂層設(shè)計》等報告;2017年入選中國科協(xié)青年人才托舉工程;公開發(fā)表學術(shù)論文40余篇，出版專著6部，獲得發(fā)明專利20余項、軟件著作權(quán)20余項。

從最初一名胸懷核物理研究夢想的有志青年，到刻苦努力最終找到人生航向的水利氣象研究工作者，歷經(jīng)本科時期的計算機軟件工程學習、碩士時期的水利信息化研究、博士時期的氣象水文工作，雖然過程一波三折，但也意外成就了楊明祥別樣的科研人生。將這些交叉學科知識融會貫通于水利氣象研究中，他成長為一名復合型人才。

初涉項目奠定堅實基礎(chǔ)

非常幸運，楊明祥留在中國水利水電科學研究院接觸的第一個項目，就為水利領(lǐng)域帶來了一個突破性成果。

這一項目是雅礱江流域的項目，楊明祥和團隊主要負責為雅礱江流域提供氣象水文的一體化預報。當時，雅礱江流域主要基于監(jiān)測站來做調(diào)度計劃，如此一來，就存在一個顯而易見的弊端：預見期短，多數(shù)斷面的預見期只有幾個小時，這對于防災(zāi)減災(zāi)和興利調(diào)度都是極為不利的。

楊明祥深知，這一現(xiàn)狀已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)頑疾，必須著手解決。雖然初出茅廬，但憑借著扎實的基礎(chǔ)和一股拼搏干勁，最終，他成功地將氣象預報信息加進水文預報中，使水文預報的預見期延長到了3～7天。然而，這個想法在實踐過程中也遇到了很多問題。

首先是氣象預報模型的本地化。當時，項目組用的是美國氣象模型——中尺度數(shù)值天氣預報模型（WRF）。這套模型剛剛面世不久，全國將此模型應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中的人也還很少，所以引進陌生的模型時，“拿過來之后才發(fā)現(xiàn)效果不太好”。

然而這一問題只能自己解決。楊明祥發(fā)現(xiàn)，美國模型是根據(jù)自己國家特點研制的，但雅礱江流域受地形等影響，整個天氣系統(tǒng)非常復雜，因此這套模型一開始并不適用。為了讓模型更加符合雅礱江流域的特點，楊明祥和團隊對模型進行了本地化改進。一是將模型所用的地形分辨率從900米改成30米，精細地形數(shù)據(jù)，引入更多的地形信息;二是更新植被等數(shù)據(jù)信息?！懊绹Ｐ屠镉玫氖侨驍?shù)據(jù)，對中國特定的流域來說不夠精確和精細，所以我們就做了改進?！盕D8DB558-F36B-4E8F-B87C-73413CAFC195

然而，精細化數(shù)據(jù)引進之后，模型雖然有改進，但是效果還是不太明顯，“沒有達到理想狀態(tài)，距離實際應(yīng)用還差了很大一截”。這讓楊明祥有些苦惱，但他并沒有氣餒，他說：“預報是水庫調(diào)度的信號燈，如果預報沒做好，影響效益是其一，如果影響到安全就是大事，所以必須打起精神，繼續(xù)做改進?！?/p>

在仔細梳理一番后，楊明祥及其團隊一致認為，雅礱江流域的降水預報模型需要特別設(shè)計，因為“這個地區(qū)的氣象系統(tǒng)十分多變，降水成因復雜，今天用得好的參數(shù)化方案到明天可能就不是最優(yōu)的了”。從實際情況出發(fā)，他們最終提出了一個基于天氣形勢索引的動態(tài)參數(shù)化方案。

這個動態(tài)參數(shù)化方案的優(yōu)勢在哪里呢？楊明祥介紹說：“因為雅礱江氣象復雜，如果只采取一套參數(shù)化方案，必然會預報不準，所以我們采取多套方案，可以在預報前，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析現(xiàn)在的大氣形勢，然后根據(jù)大氣形勢動態(tài)地選擇提前備好的參數(shù)化方案，以此有針對性地做預報?！?/p>

事實證明，團隊一年的心血并沒有白費，整個預報系統(tǒng)較好地滿足了業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。不僅如此，經(jīng)相關(guān)專家鑒定，項目的技術(shù)部分完成得十分出色，相關(guān)成果“變化環(huán)境下氣象水文預報關(guān)鍵技術(shù)”也獲得大禹水利科學技術(shù)獎一等獎榮譽。

雅礱江的項目，給了楊明祥極大的自信和鼓舞，后來，他繼續(xù)精進氣象水文預報技術(shù)，并將研究對象從流域短期尺度擴大到中長期尺度，將預見期從7天延長到一年。在徑流預報方面，他和團隊研發(fā)的模型還可以根據(jù)大氣環(huán)流、海溫、海冰等指標來判斷流域一年的情況，雖然“不是非常精細的，是趨勢性的”，但也得到了水利部相關(guān)部門的高度認可。

厲兵秣馬踏入“雙碳”戰(zhàn)場

2020年，在第75屆聯(lián)合國大會期間，中國提出將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，力爭二氧化碳排放于2030年前達到峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和。承諾一出，全國上下開始為零碳排放的目標做準備。楊明祥所在的氣候變化研究室，也立刻響應(yīng)中央號召，因地制宜，開展南水北調(diào)碳中和研究。

南水北調(diào)工程，不少人對其都已經(jīng)耳熟能詳，然而，要問它在碳中和政策下扮演什么角色，可能并不是所有人都清楚。楊明祥解釋說，南水北調(diào)中線的輸水方式和東線的不一樣，中線水源地的高程高于北京，丹江口一開閘，水會自動流到北京，輸水過程全程不需要耗能。但是南水北調(diào)東線不一樣，東線是利用13個梯級30多座大型泵站從長江口江都泵站提水，然后一級一級地往北供給山東、天津，總揚程65m，總裝機容量36.62萬kw，因為地勢是南低北高，所以它的輸水成本和水價比較高，但是其受水區(qū)又多是經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，所以水價問題，特別是輸水成本問題，就成為制約南水北調(diào)東線發(fā)揮效益的一個重要因素。

除了輸水成本及水價較高，對于這個高耗能的工程，如何減排也是一個問題。那么如何在降低成本的同時降低碳排放呢？楊明祥團隊想出一個妙招：用沿線風、光電資源進行調(diào)水。

這種方案可行嗎？很多人都在心里打了一個大大的問號?！笆聦嵣?，我們提出這個設(shè)想之后，確實有很多人提出了疑問，第一個疑問是沿線有足夠的風、光資源嗎？第二個疑問是風電、光電經(jīng)常被稱為‘垃圾電，出力的波動性較大，是不是能夠滿足調(diào)水的要求？第三個疑問是成本問題，最終到底能不能降低調(diào)水成本？”楊明祥及團隊當然也清楚工程建議的提出意味著什么，所以在提出建議之前，他們已經(jīng)做了大量的調(diào)研，研究的數(shù)據(jù)可以“很完美地回答這些問題”。

第一，他們對南水北調(diào)東線沿線，特別是風資源進行了調(diào)研、評估，發(fā)現(xiàn)風資源非常豐富，特別是江蘇，風資源完全可以支撐工程用電，目前已經(jīng)有一篇論文見刊;

第二，就是不穩(wěn)定的電怎么利用？“東線可以利用‘長藤接瓜式的調(diào)水線路，借助天然湖泊調(diào)蓄，解決因出力波動帶來的水流波動問題?！焙唵蝸碚f，沿線有很多天然的湖泊，可以充當儲水池，這樣風電雖然是不穩(wěn)定的，但是借助湖泊的調(diào)蓄，就可以將不穩(wěn)定的進水調(diào)整為穩(wěn)定的出水;

第三，就是到底能不能降成本？楊明祥團隊對此進行了評估，如果用風電去抽水，可以把調(diào)水成本降低50%以上，且工程投入大概能在5～8年回本。而且這樣做還有一個好處：南水北調(diào)東線一些泵站可以正向抽水、反向發(fā)電，那么只要有風就抽水，如果水抽多了可以利用多余的水發(fā)電，這樣總體的效果是既沒有耗費大電網(wǎng)的電力，最后反而給大電網(wǎng)貢獻電。

鉆研核心技術(shù)，大膽創(chuàng)新，將科研成果寫在祖國大地上，這就是水利人對中央號召的回應(yīng)?！拔矣X得做碳減排研究工作很有意義，結(jié)合國家的需求，可以更好地實現(xiàn)我們的人生價值。”提到未來即將開展的項目，楊明祥開心地笑了，他很期待未來的這一段征程，因為他已經(jīng)做好準備，信心滿滿地等待著踏上碳中和的戰(zhàn)場。

（責編：張聞）FD8DB558-F36B-4E8F-B87C-73413CAFC195