洪澇監(jiān)測(cè)濟(jì)民生
——記中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院教授吳歡

馬夢(mèng)珂

吳歡主持2019年度全球洪水合作伙伴（GFP）國際會(huì)議

“洪水滔天，浩浩無涯?！薄帮L(fēng)卷白波翻，日煎紅浪沸?！惫湃肆粝碌奈膶W(xué)寶藏，盡致展現(xiàn)了人類對(duì)自然災(zāi)害的恐懼。近年來，人類同樣面臨洪水等自然災(zāi)害的侵襲，如“2021年河南鄭州7·20特大暴雨事件”，短時(shí)間內(nèi)的極強(qiáng)降雨造成河南省所轄多個(gè)縣區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)萬人受災(zāi)；“2020中國南方洪澇災(zāi)害”使全國16個(gè)省區(qū)198條河流發(fā)生超警戒水位以上洪水，另有重慶綦江上游干流更是發(fā)生了超歷史洪水。

“如果洪水預(yù)警系統(tǒng)的精準(zhǔn)度得到進(jìn)一步發(fā)展，將直接有利于防汛搶險(xiǎn)、水資源的合理利用與保護(hù)、水利工程建設(shè)和調(diào)度運(yùn)用管理以及工農(nóng)業(yè)的安全生產(chǎn)服務(wù)。最為重要的是，可以挽救更多人的生命?！敝猩酱髮W(xué)大氣科學(xué)學(xué)院教授吳歡一語道出了廣大水文科技工作者的共同理想。已在水文領(lǐng)域探索了二十余年的他，時(shí)至今日仍然行走在這條鮮花與荊棘并存的道路之上，致力完善洪水監(jiān)測(cè)研究的夢(mèng)想一刻未曾松懈。

靈感源自需求 不改歸國初心

“我與洪水預(yù)報(bào)算是一見鐘情?！泵鎸?duì)曾經(jīng)專業(yè)上的“跨界”，吳歡調(diào)侃道。在北京大學(xué)遙感所讀研究生期間，吳歡開始將遙感技術(shù)與水文學(xué)進(jìn)行融合。恰巧，他的導(dǎo)師成功獲批自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于遙感的分布式洪水預(yù)報(bào)”，吳歡毫不猶豫地加入該項(xiàng)目研究并成為主力?！皩W(xué)生時(shí)代想法單純，機(jī)會(huì)又難得，我覺得這個(gè)課題對(duì)我有著莫名的吸引力。”此后，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的洪水研究課題徹底點(diǎn)燃了吳歡對(duì)此方向的熱忱，在順利結(jié)束博士階段的求學(xué)生涯后，他遠(yuǎn)赴美國開始了博士后階段的工作。

“博士畢業(yè)后，我決心以成熟的心態(tài)去看世界。實(shí)事求是地講，我國當(dāng)時(shí)在遙感和氣象水文領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家的確存在一些科研進(jìn)程方面的差異。”2007年至2017年，10年旅居美國的工作經(jīng)歷使吳歡拓寬了自己的科研視野，靈感源源不竭的他憑借自身的努力收獲了不少科研機(jī)遇，眾多頂尖科研機(jī)構(gòu)向他拋出了橄欖枝。一向奉行“只求奮進(jìn)，莫問前程”的他在異國勤學(xué)數(shù)年，終以優(yōu)異表現(xiàn)豐富了自己的人生履歷。2010年起，吳歡受聘于美國宇航局（NASA）-馬里蘭大學(xué)地球交叉科學(xué)研究中心（ESSIC）從事水文領(lǐng)域相關(guān)的研究工作；先后作為美國能源部、美國宇航局“應(yīng)用科學(xué)-災(zāi)害（APS-Disaster）”“能量與水循環(huán)研究（NEWS）”“降水觀測(cè)（PMM）”等多個(gè)科研計(jì)劃的首席和聯(lián)合首席科學(xué)家……為水文科技的發(fā)展提供了很大助益。2017年，吳歡入選國家高層次人才引進(jìn)計(jì)劃，回到祖國，投身新階段的科研工作。

降水豐虧由天 防治監(jiān)測(cè)在人

回國后，吳歡加入中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，并立刻組建團(tuán)隊(duì)開展了一系列圍繞洪水問題的深入研究：在歸國5年有余的時(shí)間之中，吳歡先后承擔(dān)和參與了多項(xiàng)由國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部、應(yīng)急管理部等資助的國家級(jí)和省部級(jí)科研項(xiàng)目，專注于“洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警和評(píng)估模型研究”，為我國洪水監(jiān)測(cè)事業(yè)作出了重要貢獻(xiàn)。

其中，“DRIVE水文模擬系統(tǒng)”可以稱得上是一切成果的“地基”。據(jù)悉，該模型初現(xiàn)于2012年，由吳歡及合作者通過耦合分級(jí)主干匯水路徑算法、匯流模型（DRTR）和VIC陸面過程產(chǎn)流模型等理論研發(fā)而成。該模型充分利用了當(dāng)今陸面過程模型發(fā)展的主流成果，成功解決了陸面過程模型中缺乏側(cè)向水流過程描述的問題，且適用于不同時(shí)空尺度的洪水模擬。DRIVE模型的輸入包括降水、風(fēng)速、氣溫等氣象要素，以及土壤、植被及地形等陸表參數(shù)集，其主要特征表現(xiàn)為在不同空間分辨率上的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。也正是由于其強(qiáng)適應(yīng)性，模型可以更加便捷地對(duì)洪峰時(shí)間、流量及淹沒范圍、深度等進(jìn)行持續(xù)、精細(xì)化（模型空間分辨率可到幾米）的洪水模擬，并提供水庫的入庫流量，可估算水庫水位。此模型一經(jīng)問世，立刻引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。

值得一提的是，截至目前，以DRIVE模型為核心的全球?qū)崟r(shí)洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)（GFMS）為國際主流實(shí)時(shí)洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用戶及訪問者幾乎遍及每一個(gè)國家。另外，該系統(tǒng)也是目前全球唯一能夠應(yīng)用衛(wèi)星降雨信息和水文模型在全球尺度上進(jìn)行高分辨率可達(dá)1km的洪水模擬和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的運(yùn)行系統(tǒng)，對(duì)洪災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)極其重要。

百尺竿頭，更進(jìn)一步。2020年，吳歡攜團(tuán)隊(duì)在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和應(yīng)急管理部等組織的聯(lián)合資助下，結(jié)合極端水文氣象模擬團(tuán)隊(duì)及其他合作者，從水文氣象的角度進(jìn)一步提出了一種基于大尺度水文模型耦合局地尺度-高分辨率水動(dòng)力模型和城市內(nèi)澇水文模型的全新洪水預(yù)報(bào)預(yù)警方案（GHS-F）。該方案以全球?qū)崟r(shí)洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)（GFMS）為藍(lán)本，進(jìn)一步融合了多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，取其覆蓋面廣和連續(xù)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在一定程度上解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)及小流域水文資料匱乏問題，有助于提高大尺度空間洪水發(fā)生發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)的可靠性，中尺度典型流域或城市洪澇預(yù)測(cè)信息的準(zhǔn)確性，以及局地尺度城鄉(xiāng)街道淹沒風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估的精確性。此成果引起了學(xué)術(shù)界廣泛的重視，并且成為吳歡團(tuán)隊(duì)近年來的工作重點(diǎn)。2020年6月初至8月底汛期期間，吳歡帶領(lǐng)極端水文氣象模擬團(tuán)隊(duì)日夜奮戰(zhàn)，將GHS-F系統(tǒng)部署在國家應(yīng)急管理部和國家氣象臺(tái)，為全國洪澇災(zāi)害應(yīng)急管理提供業(yè)務(wù)化支撐發(fā)揮了極為重要的作用。

世界上從無絕對(duì)的完美，科學(xué)發(fā)展則尤其如此。GHS-F模型未來發(fā)展仍然“道阻且長”，對(duì)此，吳歡剖析道：“對(duì)于提高GHS-F模型系統(tǒng)的實(shí)用性，應(yīng)優(yōu)先從以下兩方面著手：首先是主要河流的水位和流量通常受到大壩和水庫的顯著調(diào)節(jié)，且會(huì)受到人類活動(dòng)的顯著影響，若能實(shí)時(shí)同化徑流量或水位觀測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)訂正洪峰流量和峰現(xiàn)時(shí)間，對(duì)于開展洪水頻率預(yù)測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估，從而提高決策信心尤其重要；其次是GHS-F應(yīng)該增強(qiáng)局地水動(dòng)力模擬，集成或同化高分辨率遙感淹沒信息，未來要實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的洪水淹沒、重要湖泊、蓄滯洪區(qū)動(dòng)態(tài)模擬。優(yōu)先解決以上兩個(gè)問題，將有助于實(shí)現(xiàn)5～10m高分辨率的精細(xì)化洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和評(píng)估，具有極大實(shí)用意義?！绷⒆惝?dāng)下、展望未來的吳歡在敘述自己的專業(yè)領(lǐng)域時(shí)，眸中總是含著令人無法忽視的灼灼光輝，“我很慶幸當(dāng)初選擇了這個(gè)科研與應(yīng)用并重的研究方向，隨著極端天氣的頻發(fā)，一份‘看得見’的使命與責(zé)任時(shí)刻鞭策我不斷奮進(jìn)”。

國家自然科學(xué)基金國際合作項(xiàng)目年度會(huì)議

育人拒絕盲從 圓夢(mèng)步步為營

作為科研人員，吳歡刻苦努力；作為一名教育從業(yè)者，他同樣認(rèn)真負(fù)責(zé)，主張“批判”與“辯證”。“我從來不喜歡學(xué)生‘唯師之命是從’，如果學(xué)生的文章、成果展現(xiàn)的完全是我的思路和想法，學(xué)生的出路在哪里呢？”秉持著這種開明的教學(xué)思想，他在日常的教學(xué)工作中大力培養(yǎng)學(xué)生“思辨”和“提問”兩方面的能力，即善于以批判性的眼光審視前人成果，通過深入思考及實(shí)驗(yàn)探究從而提出一系列的科學(xué)問題?！拔曳浅g迎他們來與我討論自己的疑問，只要問題是有效的、經(jīng)過深思熟慮而提出的就可以，甚至我希望他們能夠證明我個(gè)人觀點(diǎn)中的疏漏與失誤。實(shí)際上，我和學(xué)生偶爾也會(huì)在學(xué)術(shù)問題上有爭(zhēng)議?！痹捳Z中對(duì)日常交流場(chǎng)景的描述不難讀出他為人師表時(shí)的親切與開明。

回首前路，吳歡既收獲過來自無數(shù)合作伙伴的鮮花與掌聲，也曾面對(duì)過風(fēng)雨欲來時(shí)人們的痛苦與糾結(jié)。他說，他的愿望很樸實(shí)但又任重道遠(yuǎn)，極端天氣在未來恐怕會(huì)發(fā)生得愈加頻繁，所以，未來面對(duì)山洪、江洪及城市內(nèi)澇等不同類型的水患，他希望能與背后無數(shù)科研工作者攜手，在洪水暴發(fā)之前便提前預(yù)知災(zāi)難的降臨，為國家做應(yīng)急決策提供更加有力的數(shù)據(jù)支持，從而可以將傷害控制到最低，真正實(shí)現(xiàn)“運(yùn)籌帷幄之中，決勝千里之外”。