天象难测终可测 报国难为终可为——记2019年度国家最高科学技术奖获得者曾庆存
作者:田家君时间:2020-02-20 18:14 来源:《中国科技人才》杂志

人物简介:

曾庆存,中国科学院大气物理研究所研究员,大气动力学家、地球物理流体动力学家。曾任大气物理研究所所长、中国科学技术协会副主席、中国气象学会理事长、中国工业与应用数学学会理事长。1980年当选中国科学院学部委员(院士),1994年当选俄罗斯科学院外籍院士,1995年当选发展中国家科学院院士,2014年当选美国气象学会荣誉会员(该学会最高荣誉)。全国劳动模范,全国先进工作者,第十三届和十四届中共中央候补委员。2020年1月10日,获国家最高科学技术奖。

曾庆存院士为现代大气科学和气象事业的两大领域——数值天气预报和气象卫星遥感做出了开创性和基础性的贡献,为国际上推进大气科学和地球流体力学发展成为现代先进学科做出了关键性贡献;密切结合国家需要,为解决军用和民用相关气象业务的重大关键问题做出了卓著功绩。


五纪测天命,半生报家国。时年已85岁的曾庆存,2020年1月10日站在人民大会堂的领奖台上,接受了中国国家主席习近平亲手颁授的2019年度国家最高科学技术奖荣誉证书,他六十载气象事业的累累功绩获得了国家最高奖励。他耗费毕生心血,为数值天气预报和气象卫星遥感做出了开创性和奠基性的贡献,推动了中国气象学的独立与发展。他更是扎根于祖国、扎根于人民的科研工作者,他将科研成果广泛运用于军用、民用气象业务,扬眉吐气地说出“我们气象事业整体上是世界一流的,没必要自卑”的豪言壮语,让中国屹立于世界气象科学强国之林。然而,每当这位老人谈及自己时,他总是说相同的一句话:我还没有登顶。

 

建国伊始,受命求学

1935年,曾庆存出生在广东一个贫困的农民家庭。一次,他的父亲曾明耀在挑肥途中遇见小学校长,校长问:“家中有几个孩子?都多大年纪?一定要让孩子读书。”父亲随即将曾庆存的哥哥曾庆丰送入了小学。由于父母每日在田间劳作,年幼的曾庆存在家中无人照顾,哥哥便带着他一起上学堂听课。

功绩卓著的科学大家曾庆存,就以这样一种非正式身份开始了自己的学生生涯。

“我和哥哥小时候读书是打着赤脚、衣衫褴褛的,每日往返于田间和学堂。”曾庆存兄弟俩一边劳动、一边读书,成绩却一直名列前茅。小学没毕业,两人便参加了百里挑一的跳级考试,直接进入初中读书。此后,兄弟俩又因成绩优异先后获得了学校16个公费读书名额中的2个。

曾庆存,就是在那个沃土遍染战火的年代,度过了自己的孩提时光。

共和国成立伊始,百废待兴。所有的科研项目、科研院所都亟待建立和建设,而最缺的就是科研人才。1956年毕业于北京大学物理系气象专业的曾庆存,受命于国家百业待举之际,远赴苏联学习气象学,师从国际著名气象学家、苏联科学院通讯院士基别尔。

曾庆存曾回忆,“我印象很深的有一件事,1954年的一场晚霜把河南40%的小麦冻死了,严重影响了当地的粮食产量。如果能提前预判天气,做好防范,肯定能避免不少损失。我从小在田里长大,挨过饿,深有体会。”那个年代,人们是真正意义上的“靠天吃饭”——若风调雨顺,无旱涝霜冻,则可衣食无忧;若狂风骤雨,旱涝霜冻,轻则减产,重则颗粒无收。能否饱食,全听天命。20世纪50年代的中国,气象预报只能依靠气象预报员们废寝忘食地守候在天气图旁进行分析判断。由于缺少精确计算,做天气预报往往只能定性分析判断,凭经验做预报,心里没把握。三年自然灾害给中国农业带来的重大损失,更让农家出身的曾庆存坚定了为祖国气象事业奋斗终生的决心。

在苏联留学期间,曾庆存的导师基别尔给他选了一道理论分析困难、计算极其复杂的世界著名难题作为他的论文题目,即应用斜压大气动力学原始方程组做数值天气预报的研究。

“他把这个题目给我时,所有的师兄都反对,认为我不一定研究得出来,可能拿不到学位。可导师不相信,还是让我选择了这个题目。”曾庆存说。

师兄们的担忧不无道理。天气预报的方程属于流体力学范畴,是世界上最复杂的方程组之一。时至今日,超级计算机计算能力的“考核指标”之一,仍然是能否做天气预报。

曾庆存仍然决定一试。总结老师过去的工作,没日没夜的计算,曾庆存苦读冥思,反复试验。终于,从分析大气运动规律的本质入手,想出了用不同的计算方法分别计算不同过程的方法,一试成功,最后只用了很少的计算机机时就把论文完成了。

他提出的,正是著名的“半隐式差分法”。这是世界上首个采用原始方程直接进行实际天气预报的方法,提出后当即用于实际天气预报业务,至今仍在沿用。应用原始方程是一个划时代的进步,奠定了当今数值天气预报业务模式的动力框架基础。

随后,曾庆存还发展了可使大气和地球流体力学方程数值解法既在理论上更严谨,又可作大规模长时效的高性能计算的数值方法,如“标准层结扣除法”和“平方守恒格式”等方法,他的这些方法至今仍是世界数值天气预报和气候预测的核心技术。

1961年,26岁青年壮志的曾庆存回到了刚刚遭受三年自然灾害、百废待兴的祖国。望着满目疮痍的祖国,他回想起数年来党和国家对自己的栽培和期望,立志要让祖国的气象事业迈向世界的顶点,让祖国的农民不再为天气所累。

学成回国的曾庆存,被分配到中国科学院地球物理和气象研究所气象研究室工作。他满怀着那个时代年轻人独有的热情和家国情怀,以一种舍我其谁的使命感,一步步地将中国气象事业推向了世界的最高峰。

 

矢志不渝,为国为民

“人民的需要,国家的需要,是推动我深入研究的很大动力。”对于85岁的曾庆存而言,无论是步入气象科学,还是研究卫星工程,都是基于国家和人民的需要。在那个共和国刚刚成立、人民贫苦交困的年代,特殊的时代背景锻造了曾庆存的家国情怀。回想起少时求读的岁月,曾老仍感叹说:“没有党、没有新中国,我哪能上大学!当时就一个念头,国家需要我做什么,我就做什么。”

因为国家需要,在北京大学读物理系的曾庆存响应号召转到气象系;因为国家需要,在莫斯科世界气象中心即将应用他的方法做天气预报业务时,他没有留下来享受荣誉,而是第一时间学成回国;因为国家需要,1970年,曾庆存被急调参加我国气象卫星工程——作为科学指导,他暂时放下此前的研究,投入到完全陌生的卫星工程和空间遥感问题的研究中。

“当时国际上也都不知道怎么搞,都很糊涂。”曾庆存回忆。他只能从最基本的理论学起,“我搞懂了,再来教其他人。”

“当时生活困难重重,我自己生病,还要经常奔波出差。兄长重病要动大手术,需要照顾和护理;妻子和幼子被我托寄在十分贫困的农村老家……为了专心搞科研,这些确实都无暇顾及……”当被问到六十载科研生涯可有遗憾时,这位85岁的老者多次提及未能照顾家人,饱经风霜的面庞上是凝固的沉默,令人动容,却又很难读懂。

虽有遗憾,却从不后悔。曾庆存说:“我出生在农家,家里特别穷,很小的时候就要像成年人一样劳动。如果不是新中国成立,上大学是我想都不敢想的事。我衷心感激党和国家的恩情,党和国家的需要,永远是我的第一选择,是推动我深入科研工作的动力。”谈起往事,曾老对于党和国家的感激,总是溢于言表。

最终,结合气象卫星遥感中的一些实际和理论问题,曾庆存于1974年出版了《大气红外遥测原理》。这是国际上第一本系统讲述卫星大气红外遥感定量理论的专著,澄清了国际上一些模糊和错误的概念,也为中国和世界气象卫星遥感和资料应用提供了理论依据。他提出的求解“遥感方程”的“反演算法”,已成为世界各主要卫星数据处理和服务中心的主要算法。

1984年,曾庆存再次接受国家重托,挑起了中国科学院大气物理研究所的大梁,担任所长。彼时,我国基础研究正处于极其困窘的境地。大气物理所缺乏科研经费,没有科研大楼,实验室简陋,研究生没有自习室,桌子就像小学教室一样拥挤,没钱买资料、更新设备,生活条件更不必说……加之当时体制改革带来的剧烈变化,大气物理所人心涣散。

就是面对这样的窘境,曾庆存以身作则,向世人表明了他心中的科学家精神——为国、为民、为科学。

1984年11月,刚刚上任数月的曾庆存就提交了大气物理所的办所方针和改革设想,提出长远目标是把大气物理所办成“一个社会主义现代化的研究所”,成为“我国一个高水平的大气科学研究中心,对国内外开放,在世界大气科学发展中做出贡献”。

“大气物理所是中国科学院的研究所,是国家队,应该高格调,高水平,敢于解决难题;还应看得更长远,预做准备。”曾庆存鼓励全所上下为了国家和民族的利益团结协作,上下一心,顺应改革形势以及世界大气科学的发展趋势。在他的带领下,大气物理所迎难而上,经历了科技体制的重大变革,迈进了蓬勃发展的时代。

中国科学院原党组副书记郭传杰还记得当年那个“折得腰肌劳损”的曾庆存。当时,大气所的艰难不是个例,我国基础研究整体处于低迷状态。国家科委(现科学技术部)、国家自然科学基金委员会、中国科学院等单位组织了一场强国基础研究的调研,第一站就是到大气所。

“曾先生的发言振聋发聩,既有科学性又有文学性,我到现在都记得。”郭传杰一字一句复述道,“陶渊明能不为五斗米折腰,我也算是个知识分子,如果是为自己,我也不愿意折我这个不算高贵的腰,但现在,我已经折得腰肌劳损了,还得折下去。”

因为,曾庆存不能让老一辈科学家创立的优秀研究所在他手上没落,“那是对国家的犯罪”。

曾庆存担任大气物理所所长9年,其间,在中科院建设的首批国家重点实验室中,有两个是大气科学方面的,即大气物理研究所创建的“大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室”和“大气边界层物理和大气化学国家重点实验室”。

“在20世纪80年代,我国的大气科学理论研究并不比国外差多少,差就差在计算机,世界上最先进的大型计算机基本上都是用于气象的,我们必须购置大型计算机,研究所就算当掉裤子也要买大型计算机!”在曾庆存坚持不懈的努力下,大气物理所引进了当时国内最大的计算机,用于大气科学研究。

1987年大气所向第三世界科学院(现称“发展中国家科学院”)申请,于1991年成立了“国际气候与环境科学中心”,成为“中国科学院(CAS)—发展中国家科学院(TWAS)优秀中心”和“南方科技促进可持续发展委员会(COMSATS)优秀科学中心”,该中心正式接收外国博士生。后又以此为基础,中国科学院、发展中国家科学院和世界气象组织(WMO)成立了CAS—TWAS—WMO国际气候论坛,成为CAS与TWAS有关气候变化研究的品牌论坛。

曾庆存带领大气物理所开创了新的辉煌,他创立和领导的“大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室”“大气边界层物理和大气化学国家重点实验室”和“国际气候与环境科学中心”短短几年便在国际上崭露头角,名声大噪,成为我国大气科学基础研究的中坚力量。

 

既沉醉科研,亦钟情山水

“安、专、迷”,这是中科院大气物理所研究员赵思雄,对曾庆存最为简洁而准确的评价。

安,即安贫乐道,是曾庆存的人生准则。“陈景润是鞋儿破,曾庆存是帽儿破。对于吃喝穿戴这些,他从不去关注的。”刚回国时曾庆存住在中关村六号楼只有几平方米的房子里,里面放着两张床,进去几个人就转不过身了。而在赵思雄的回忆里,曾老总是那一双旧布鞋、那一顶旧帽子。“我问他在哪买的,他说是家门口的农贸市场,两块钱一双。我问他帽子哪来的,他说是大气所同事洪钟祥送的旧帽子。”

专,即专心研究,不受外界干扰。回国后的曾庆存虽然迫切想推动中国的数值天气预报发展,但苦于没有使用电子计算机的条件,他就集中注意力研究大气和地球流体力学的基本理论问题,以及进一步发展数值天气预报中要解决的理论问题。这在当时看来是十分抽象和“脱离实际”的。“搞理论研究面临巨大压力,会被扣上走资产阶级白专道路的帽子,但他顶着个‘曾理论’的外号不为所动。”赵思雄说,“一做起科研来,他脑袋就是尖的,屁股就是方的,就像钉钉子一样,专心研究”。

迷,对于科学研究,他着迷、痴迷,如痴如狂,他常说,“饿着肚子推公式,越推越精神!”

曾庆存时常教导学生要甘坐“冷板凳”,要有“十年磨一剑”的精神。“坐冷板凳有什么不好?坐冷板凳是好事!意味着可以远离是非纷扰,静下心来,一心一意专注于科研。”他说,“中国要成为世界科技强国,必须有更多能耐得住寂寞、坐得住冷板凳的青年人投身科研事业。”

对于曾庆存而言,他所探索的大气科学来源于自然,这也造就他对祖国自然河山的独特感情。

“爱祖国、爱科学、爱学生、爱自然”,这是曾庆存的同事与学生们对他的评价。曾庆存写得一手好字、好文章。他忙时废寝忘食做研究,稍有闲暇咏物寄情,书写对祖国大好河山的热爱,用诗化的语言将科学与艺术完美结合。

“我特别喜欢山山水水,2000年卸任所长以后,尽量到处走走看看。”曾庆存院士是中科院公认的“文人院士”,写得一手好文章。他咏物寄情,不仅书写自己对祖国大好河山的热爱,更用诗化的语言,将科学与艺术完美地结合起来。

“南风之熏兮,可以解吾民之愠兮;南风之时兮,可以阜吾民之财兮。”《南风》全文寥寥26个字,却对东亚夏季风的性状及其对社会民生的影响记载和刻画得简明深刻。曾庆存对《南风》的气象学含义作了详细的解读和考据。

这篇世界最早记录季风文献的发现过程,也是曾庆存与好友刘铭的一次友情之旅。居于南京的刘铭教授彼时正在全身心投入季风研究工作,偶然间吟诵少年时习得的古诗,恍惚记得帝舜时有《南风》歌,讲的恰恰是夏季风。

偶然所得让刘铭惊喜不已,着急分享的他甚至忘记好友身在北京,而非南京。他立即动身,赶往千里之外的曾庆存家中,分享这令人倍感快乐的消息。

或许是为了纪念个中缘分,在写作《帝舜歌考》的第一段,曾庆存开头便用了这样一段话来说明季风对于华夏大地人民生活的影响。

“南京市,古金陵,东南形胜,虎踞龙盘,物华天宝,人杰地灵。春初踏雪寻梅,暗香浮动,沁人心肺;夏日黄梅时雨,才了桑麻,水满禾田,一片蛙声;三秋天高气爽,金稻千里,桂子飘香;冬则雪皎气清,松竹犹荣。四季气象分明,人民安居乐业。”如诗般美丽的语言,竟然出现在一篇学术论文的开头,很多人为此感到惊奇。不少人都问过曾庆存——怎样才能跨越科学和艺术的鸿沟,将二者融合在一起?

他回答说,其实不管是科学还是艺术,都是人对于这个客观世界的观察和认识。“科学可能更注重逻辑性,艺术可能更注重形象化。但注重逻辑的科学很多时候也离不开定量的形象化,注重形象化的艺术也离不开对于自然界和人类社会诸多规律的认识。”

除了从前人的诗歌中解读科学,曾庆存也创作了不少以科学为题材的诗歌作品。《咏亿年前古树硅化石》便是一首这样的作品。他从公园里的一株硅化木的形成,联想到宇宙洪荒、世间生命的生死轮回,睹物寄情。他是漫漫时空中的观察者,更是生命的歌咏者。

这首诗甚至成为了中小学考试题目,不仅能引导学生们从中解答自然知识,而且还能帮助青年人树立自己的时空观念。而这样既具科学性、又具艺术性的优秀作品,只是曾庆存偶然间看到公园里的硅化木后一笔书就的。

“以前出差开会,没有时间欣赏风景,更没有时间写东西。现在好一点,尽量抽个半天转转,晚上、路上写写游记、诗歌。”不管是写诗的曾庆存,还是做科研的曾庆存,他总是全身心投入,沉醉其中。

对党和国家的满怀感激,对祖国山河的满腔热爱,对人民万众的责无旁贷,这就是曾庆存——一个从农田里走出来的人民科学家科研的动力和初心。