張強：三十載逐夢路 干旱大地灑青春

本刊記者　戶 萬

張強：三十載逐夢路 干旱大地灑青春

本刊記者戶 萬

在辦公室

“大漠孤煙直，長河落日圓”，王維在《使至塞上》中描述了一幅黃沙莽莽，無邊無際，不見草木，人跡罕至的場景。正是在這樣一片邊塞蒼涼悲壯的土地上，甘肅省氣象局研究員兼蘭州大學博士生導師張強就像一位勇士，一直堅守在我國這塊旱災重地，將青春年華揮灑于這片多災的土地上。他30年來專注于干旱氣象研究，先后主持國家“973”、國家科技支撐計劃、國家科技攻關和國家自然基金重點項目等10余個國家級研究課題，對干旱減災等重大科學問題進行了大量科技攻關，成績斐然，學術影響遠播海內外。

青絲染霜華 拳拳赤子心

1965年，張強出生在甘肅省靖遠縣，一個西部文明古老的縣份。她歷史源遠流長，文化積淀深厚，自古就是連接中原與西域的必經通道，成為古絲綢之路北線重鎮之一，素有“秦隴樞機”“金城鎖鑰”之稱謂。在這片群山環繞的土地上，張強度過了他快樂而充滿幻想的童年生活，他時常凝望著荒蕪的山梁，想象著外面的世界。

18歲那年，張強考入成都氣象學院氣象系學習，雖是懵懂中選擇的專業，卻因此把他引入氣象領域的大門。4年的青蔥歲月充實而又短暫，大學畢業之際，他懷著對家鄉質樸的熱愛毅然返回甘肅，堅守西北，潛心科研。1993年，張強進入南京大學攻讀碩士學位，隨后赴美國亞利桑那大學任客座研究員。在這期間張強已逐漸在大氣科學界嶄露頭角，開始不斷有國內外多所知名學校和發達省市的研究院所向他拋來橄欖枝，面對優越的研究條件和優厚的生活待遇，張強并沒有動心，倔強地選擇回到甘肅，回到那塊天然干旱試驗場，回到那既貧窮落后又令他牽掛難舍的故土。他說，他就想為家鄉做點事。

回到家鄉后，張強加入了中科院蘭州高原大氣所高原氣候與環境開放實驗室，后競聘中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，執掌干旱研究。他始終堅持在科研一線，先后發展了干旱災害監測預警及減災技術；對干旱區陸-氣相互作用的認識取得了新突破；創新了旱作農業受氣候變暖影響的科學認識；發展了沙塵暴形成理論及監測預警技術等，對氣象防災減災尤其干旱減災技術做出了重要貢獻。

1995年，張強由于工作成績突出被破格聘任為副研究員，3年后又被破格晉升為研究員，當時的他年僅33歲，就已在事業上表現出強勁的發展勢頭。多年來，張強獲得的各種獎勵和榮譽證書摞在一起足足有2尺高，在他主持完成的眾多研究成果中有不少已達到國際領先或先進水平，獲得國家科技技術進步獎二等獎1項，省部級科技進步獎和自然科學獎一等獎2項，省部級科技進步獎二等獎9項，省部級科技進步獎和自然科學獎三等獎3項；在國內外主要學術期刊上發表學術論文400余篇，出版專著10部，其中被SCI收錄70余篇，被EI收錄30多篇，被SCI論文引用527次，被CSCD引用2509次。在近年《中國期刊高被引指數》報告的全國大氣科學領域個人排名連續位列前茅。

2003年12月張強被任命為甘肅省氣象局副局長。但他依舊平易近人，兢兢業業，執著奉獻在工作一線。在同事眼中，他是可信賴的領導；在年輕人心中，他是看齊的標桿。有同事曾這樣評價張強，他有著雷厲風行的辦事風格，精干高效的辦事能力，而且還熱愛生活，注重工作樂趣和生活情趣，也不失幽默風趣。張強的學生們除了同樣認為他詼諧智慧外，還深刻體會到他能鼓勵和帶動身邊的人積極向上，“為人謙和、心胸開闊、勇于挑戰、富有開拓精神”，這是身邊不少人對他的評價。

癡心干旱科學 創新斬獲國獎

2013年，由張強主持的“中國西北干旱氣象災害監測預警及減災技術”，成果有多項技術居國際領先地位，喜獲國家科技進步獎二等獎。在當時，很多人都沒想到一個經濟欠發達的西部邊陲省級氣象部門能獲此大獎。縱觀歷屆國家級大獎，一般每年全國氣象行業也最多只能獲得1項，國家級科研機構和業務中心之間的競爭本就很激烈，以往從未被省級氣象部門獲得過，更何況全國還有眾多實力雄厚的發達省市氣象部門。甘肅省氣象部門能夠從數不勝數的技術實力和項目資金雄厚的單位中脫穎而出，究竟有何“秘訣”？

中國工程院院士魏復盛為張強頒發年度人物獎

答案很簡單，就是“堅持”與“創新”。該成果由中國氣象局蘭州干旱氣象研究所聯合南京信息工程大學、中科院寒旱所和國家氣候中心等49個科研院所、高校和業務單位，在國家科技攻關計劃等18個項目資助下，從1990～2010年，歷經20多年，圍繞西北干旱氣象災害形成機理、監測與預警，及其對農業生產的影響和減災技術，開展了系統深入的研究與成果應用推廣。項目成果顯著提升了氣象干旱及其衍生災害的監測、預警水平和服務效益，使西北重大氣象干旱事件預測準確率提高10%左右，準確預測了多次西北重大干旱，為政府及有關部門提供了及時有效的氣象服務；開發的人工增雨抗旱決策指揮系統，每年科學指揮人工增雨作業面積達24萬km2左右，覆蓋甘、寧和蒙部分地區，根據模型計算每年增加降水15億m3左右，直接經濟效益15億元左右；在祁連山區科學開發利用空中云水資源，使石羊河下游流量在2010～2012年達到2.6～2.9億m3，提前8年完成了國務院提出的約束性指標；研發的大型稱重式蒸滲計和人工增雨抗旱決策指揮系統推廣應用到蒙、陜等多省（區）為干旱監測以及抗旱減災提供了重要技術手段；提出的旱作農業減災技術在西北旱區推廣應用，有效保障了該地區糧食連年穩定增產。

該成果取得軟件著作權2項，發表論文1238篇（SCI57篇、EI41篇），他引7422次；發表出版《干旱氣象學》等專著及研究生、本科生教材20部。主辦“The International Symposium on AridClimate Change and Sustainable Development”等多場國際會議，展示干旱研究成果，在國際上產生了重要影響。培養了數10名國家級和省部級優秀人才及數百名高級技術人員和數百名研究生，打造了一支在國際上有影響的干旱科研團隊。國家權威學者Christine（2008）在Hydrobiologia上發表的論文指出：“張強等通過在中國西部干旱區開展的觀測試驗，得到了10cm深度以下土壤水分幾乎不參與土壤水分的呼吸過程，這一深度的確定，對理解干旱地區土壤蒸散過程和長期的干旱氣候的形成機理具有重要意義。”

理清干旱機理 揭開干旱面紗

認識西北干旱形成和演變的機理，及重大干旱事件發生、發展的規律，是防旱減災的重要基礎。在項目中，張強及團隊首先揭示了青藏高原熱力作用影響西北干旱的物理機制。他們研究發現西北異常干旱最強的信號之一是青藏高原下墊面的熱狀況，并提出了表征這種熱狀況的高原溫度距平指數、高原地面加熱強度距平指標、高原地面感熱通量、高原出射長波輻射指數和高原積雪指數等定量物理指標，發展了高原季風指數。提出“高原加熱場異常增強，高原上升氣流加強，高原東北側下沉氣流加強，新疆脊增強，東亞槽加深，將形成‘西正東負’的西北典型干旱流型”，由此，團隊建立了高原熱力作用與西北干旱的物理聯系，為西北干旱監測預警提供了重要理論支撐。

在此基礎上，團隊首次發現了形成西北典型干旱流型的4種物理途徑，它們分別是通過基流對上游反氣旋渦度的平流輸送；南側氣旋性渦旋的能量頻散；高原熱力強迫引起的頻散和偶極子型熱源激發。它們均能形成高度距平“西正東負”的西北典型干旱環流模態，尤其偶極子型熱源激發的干旱流型占據主導地位。并且發現這種典型流型不只限于500hPa一個層次，而是在從低層850hPa到高層70hPa的整層大氣中均存在。成果在Geophysical Research Letters上發表，被美國地球物理協會選為AGU 2006年亮點論文。

與此同時，團隊還發現了西北干旱與北半球的主要干旱區存在著一種遙相關聯系。西北區干旱具有獨特的沿大圓路徑遙相關波列結構，這種波列結構反映出大氣環流在各個不同區域的異常狀態和相互聯系。從北非開始、到阿拉伯、到中亞、再到中國西北，干旱呈現出年代際東傳規律。該成果為西北干旱形成和年度預測提供了科學依據。除此以外，他們還發現西北干旱還與臺風活動和梅雨存在密切聯系。

在對干旱的認識上，團隊最大的突破之一莫過于系統地認識了厄爾尼諾與西北干旱之間的物理聯系。他們成功建立了西北地區逐季和逐月降水異常與赤道中東太平洋海溫異常的物理關系，得到了西北不同區域、逐月干旱的預測判據和前期海溫異常信號，揭示出“海溫異常-大氣環流異常-月/季降水異常-西北旱/澇”的發生機理，并構建了物理概念模型；不僅如此，還首次將影響西北干旱的海溫異常區域擴展到整個北太平洋，發現除了赤道中東太平洋外，西太平洋副熱帶海區和日本以東海區的海溫異常同樣與西北地區旱/澇有著密切聯系。成果獲省部級科技進步獎一等獎。

張強（左四）深入高原荒漠探求干旱真相

開發先進技術 捕捉旱災蹤跡

如何對西北干旱氣象災害進行監測，是團隊面臨的第二個關鍵問題。于是，團隊基于降水和蒸發的相對變率，創建了適合于西北地區干旱監測的K指數，該指數消除了由于各地降水、蒸發量級不同而產生的影響；同時建立了以徑流量為要素的內陸河灌溉區徑流量Z指數，實現了對灌溉區的干旱監測和評估。還利用試驗獲得分區域的徑流系數修訂了水文常數，并引入FAO推薦的P-M方法估算蒸散，發展了帕默爾旱度模式。“以史為鑒，可以知興替”，一項浩大的工程就此展開，團隊綜合運用歷史文獻、樹木年輪、河流流量、內陸湖泊水位等資料，重建了1470～2008年西北地區極端干旱事件序列，認識了重大干旱事件的分布規律。

干旱監測重在及時、準確和全面地反映干旱氣象現狀及發展趨勢，其一定離不開新技術和設備的輔助。團隊開發了基于AVHRR、MODIS、FY-2C、FY-3/MERSI等多源衛星遙感數據的西北干旱監測新方法及基于遙感數據與氣象、土壤墑情和地理信息等數據集成融合的西北地區干旱遙感監測技術。我國氣象部門第一臺大型稱重式蒸滲計就誕生于該團隊之手，據悉該設備采用強力彈簧作為平衡力，平衡掉“死”負載，用小量程、高精度的稱重傳感器測量“活”負載的變化，創新了大型蒸滲計的稱重技術原理。其測試靈敏度和精度分別可達到0.01mm和0.1mm水柱。

在應用技術軟件開發上，團隊自主研發了基于網絡結構的“西北干旱監測預警業務服務系統”。系統包括干旱信息收集存儲、監測診斷、預警、評估和決策服務等5個子系統，同時還集成了黃河上游流量、內陸河流量、春季第一場透雨、沙塵暴、連陰雨和夏季高溫時段等預測預警信息。據張強介紹，該系統對不同的干旱監測方法、預警、預測指標和物理模型進行了科學集成，并可依托氣象站網和各類試驗基地，對干旱信息進行實時收集、快速處理、有效管理、及時發布和災后評估。成果獲省部級科技進步獎（二等）多項。

眾所周知，沙塵暴是干旱的主要衍生災害之一，因此對沙塵暴的探索也是干旱防治中必不可少的一環。該團隊通過深入研究，揭示了干旱與沙塵暴的相互作用機理，認識了干旱對沙塵暴起沙機制和沙塵傳輸的影響特征，最終發展出適合西北干旱環境特征的沙塵天氣數值預報系統GRAPES_SDM，使西北沙塵天氣的預報準確率達到了85%～90%，實現了沙塵暴預報的精細化和定量化。成果已在西藏和新疆等區域業務化應用，顯著提高了沙塵暴預報準確率。

上天入地尋水源 造福千里赤地

水，對于干旱的西北地區來說無疑是“珍寶”，缺水是干旱災害的“病根”。然而，我國西北甚至北方大部均降水明顯不足，單靠在降水上做文章難以從根本上解決干旱問題。于是，張強團隊將視線放在了露水上，它同樣能滋潤土壤。鑒于此，團隊將研究聚焦在干旱區露水的形成規律上。試驗發現，干旱區降露水對陸面水分收支的貢獻十分顯著，能達到降水量的20%左右；降露過程對風速、大氣濕度、近地層溫度梯度和天氣條件的依賴很強，在風速為1.5m/s、相對濕度大于80%和逆溫強度為0.25℃時降露量最大。由此，提出了陸面水分的“呼吸”過程。在此基礎上，還就如何開發利用露水資源給出了一套科學的方法。

另外，團隊還揭示了干旱荒漠區近地層水分輸送機制。研究表明，臨近綠洲的荒漠近地面層普遍存在大氣逆濕和負水汽通量現象，并且二者出現頻率并不完全一致，由此他們提出“臨近綠洲荒漠近地面層具有特殊的水汽負梯度輸送特征”，對荒漠化治理具有重要的科學指導意義。被稱為“沙海明珠”的綠洲，其獨特的自我維持機制對抵御干旱侵蝕很重要。經團隊研究發現，綠洲對其下游荒漠陸面水分過程影響范圍與綠洲空間尺度大致相當，影響程度約為平均值的1/4；而且其白天逆溫層對蒸發的抑制作用和臨近綠洲的負水汽通量對陸面水分的貢獻等是有利于綠洲自我維持的良性水分循環機制。在此基礎上，團隊從系統論角度提出了綠洲維持所需要的最佳內、外部條件。“這項研究揭示了綠洲對鄰近荒漠陸面水分輸送的影響規律和綠洲獨特的自我維持機制，對保護和開發綠洲具有重要技術指導意義”，說到這張強眼中充滿了希望。

除了在地面尋水，為何不向天“借水”？在新思路的指引下，團隊提出地形云形成物理模型和云水資源開發利用概念模型。中國國家地理曾就祁連山對中國的意義有著這樣的描述：“東部的祁連山，在來自太平洋季風的吹拂下，是伸進西北干旱區的一座濕島”，于是團隊深入祁連山區，開展了多年的地形云和云水轉化野外試驗，他們在研究中發現，祁連山區潛熱通量是感熱通量的近兩倍，較大的水汽有利于陸-氣水循環的加強和云的形成；祁連山區云的光學厚度、云粒子有效半徑、云液態含水量及大氣水汽密度等均為高值，而且近年來云總光學厚度和總云水路徑呈上升趨勢，有利于開展人工增雨。

隨即，他們改進了美國NASA積雪監測方法，有效提高了祁連山積雪監測的精度；選用衛星反演的大氣水汽密度（大氣柱水汽含量）以便更好反映山區降水的分布特征，并建立了基于微波輻射資料反演的水汽含量與雨強的數理關系，為科學指揮祁連山區人工增雨（雪）抗旱作業提供技術支撐。

在扎實的理論認識基礎上，團隊研發了作業條件自動報警和網絡化管理的人工增雨抗旱作業指揮系統。該系統包括作業設備管理、大氣探測分析、作業預警、決策指揮和效果評估5個子系統。實現了增雨作業條件的自動判識和抗旱需求的綜合判斷，自動生成人工增雨作業指導產品，提高了人工增雨抗旱決策指揮的科學性和自動化水平。推廣應用到新、滇等多省（區），為抗旱減災發揮著重要作用。成果獲省部級科技進步獎（二等）多項。

心系農業發展 獻計防旱減災

作為農民的兒子，張強對農村農業有著特殊的感情，它始終心系農業發展。然而，在西北地區旱災是制約農業發展的頭等問題。近30年，在氣候變暖影響下西北地區干旱明顯加劇，旱作秋播作物播種期推遲4～13天，春播作物播種期提前3～25天；小麥等有限生長習性的作物全生長期縮短；棉花等無限生長習性的作物全生長期延長。干旱灌溉區棉花、玉米和春小麥對變暖響應的敏感性依次減小，存在“熱量效用遞減”現象。氣候變暖還影響了作物的生理生態和品質。隨著氣候變暖，西北半干旱區春小麥葉片的氣孔導度、光合作用和干物質積累減小，而蒸騰速率增加；豌豆-春小麥-馬鈴薯輪作系統的水分利用效率呈指數減小，若增加灌溉量輪作系統的水分利用效率則直線減小；作物籽粒中淀粉含量下降、蛋白質含量上升、痕量元素增加，這都會影響到作物品質以及食品安全。據張強介紹，氣候變暖還會引起耕作層土壤的酶活性下降，土壤水分蒸發加快，帶動土壤鹽堿成分向上移動，從而加重土壤鹽堿化程度。

針對干旱化和氣候變暖引起的問題，團隊提出了覆膜保墑旱作節水農業的技術指標。對覆膜壟溝集雨、節水控灌、集雨補灌、壓砂補灌、秋季覆膜、早春覆膜、一膜兩季、留膜留茬越冬等旱作農業技術進行了深入的技術試驗，開發出了田間壟溝集雨、地膜覆蓋、抗旱品種和集雨補灌等抗旱減災和應對氣候變暖的最佳技術組合方案。有數據顯示，應用“覆膜壟上穴播”和“覆膜壟間種植”等抗旱技術，在春小麥全生育期科學補充灌溉，產量可提高15%～20%；組合不同壟作和補充灌溉技術，春小麥產量可提高17.7%～30%。最近，該團隊的有關科研成果通過新華社《國內動態清樣》反映到了決策高層，引起了高度關注，甘肅省林鐸省長批示到“情況反映及時準確，涉及的問題將伴隨扶貧全過程，這是我省自然條件、環境狀況決定的，要積極應對，早為之計，精準施策。各副省長、有關部門、市州縣都應研究。”

張強說，30年春夏秋冬苦中有甜，再付畢生心血同樣無悔。在參訪結束時，張強抬起頭凝視著遠方，仿佛在告訴記者，他的科學夢還會繼續，他的理想仍在遠方。未來，張強會繼續根植黃土，沿著自己的目標，帶領他的團隊潛心耕耘，用汗水澆灌出更多科技碩果。