曾慶存：為實現“天有可測風云”耕耘60載

宗和

他為現代大氣科學和氣象事業的兩大領域——數值天氣預報和氣象衛星遙感做出開創性和基礎性貢獻;他為國際上推進大氣科學和地球流體力學發展成為現代先進學科做出杰出貢獻;他還密切結合國家需要，為解決中國相關氣象業務的關鍵問題做出卓越貢獻……

他就是從事大氣科學研究近60年，致力推動“天有不測風云”成為“天有可測風云”的國際著名大氣科學家曾慶存院士。2020年1月10日，85歲高齡的曾慶存院士以卓著成就登上北京人民大會堂的領獎臺，榮獲2019年度國家最高科學技術獎。

留學歸來立志攀登氣象科學高峰

1935年5月，曾慶存出生于廣東省陽江市一個貧困的農民家庭，父母整天田間勞碌，哥哥便帶著年幼的他一起上學堂聽課，就這樣以“旁聽生”的身份開始了學生時代。

這對打著赤腳、衣衫襤褸的兄弟一邊勞動、一邊讀書，成績一直名列前茅。1952年，曾慶存考入北京大學物理系，求學期間，他延續著幼時刻苦學習的勁頭，埋頭苦讀。

新中國成立之初，中國急需氣象科學人才。在鄉村長大的曾慶存對農業收成和人民生活受天氣和氣候的重大影響有深切感受，氣象學也深深地吸引著這個年輕人。曾慶存回憶說：“我印象很深的有一件事，1954年的一場晚霜把河南40%的小麥凍死了，嚴重影響了當地的糧食產量。如果能提前預判天氣，做好防范，肯定能減不少損失。”

北大畢業前夕，曾慶存到中央氣象臺實習，看到氣象預報員們廢寢忘食地守候在天氣圖旁進行分析判斷和發布天氣預報，但由于缺少精確計算，往往只能是定性分析判斷和憑經驗做天氣預報。他看在眼里，記在心上，下決心要研究客觀定量的數值天氣預報，提高天氣預報的準確性。

1957年年底至1961年年初，曾慶存通過國家考試被選拔派遣至蘇聯科學院應用地球物理研究所作研究生，師從國際著名氣象學家、蘇聯科學院通訊院士基別爾。基別爾為曾慶存選擇了一道世界著名難題作為論文題目，即應用斜壓大氣動力學原始方程組做數值天氣預報的研究。通過苦讀冥思、反復試驗，幾經失敗后曾慶存終于提出世界上首個用原始方程直接進行實際天氣預報的方法——“半隱式差分法”，并隨即被用于實際天氣預報業務，這項成果奠定了當今數值天氣預報業務模式的動力框架基礎，至今仍在應用。

在蘇聯科學院獲副博士學位后，曾慶存立即回國，還寫下一首《自勵》詩：“溫室栽培二十年，雄心初立志驅前。男兒若個真英俊，攀上珠峰踏北邊。”當年僅26歲的曾慶存立下志向，一定要在氣象科學領域踏上世界最高峰。學成歸國，曾慶存分配到中科院地球物理研究所氣象研究室工作，從此開始了他投身大氣研究、科學報國的科研生涯。

科研攻關“風云變幻”成就卓著

從風華正茂到耄耋之年，曾慶存與“風云變幻”打了一輩子交道，在從“中國北坡”攀登大氣科學“珠峰”的征途中，他用汗水和智慧收獲了一大批原創性、基礎性和關鍵性科研成果。

在數值天氣預報與地球流體力學的數學物理系統理論方面，曾慶存建立起完整的地轉適應過程理論、地轉適應過程與大尺度大氣運動演變過程的弱非線性相互作用及準可分性理論，闡明天氣系統演變的大氣動力學和熱力學的本質特性;其專著《數值天氣預報的數學物理基礎》，將氣象問題、動力學理論和數學方法有機地結合起來;他發展的“波包動力學”“非標準模方法”和運動穩定性理論研究，在國際上被廣泛應用于大氣和大洋環流以及天氣—氣候動力診斷分析研究中。

在數值天氣和氣候預測模式的研制與計算地球流體力學研究方面，曾慶存首創求解大氣運動原始方程組的“半隱式差分法”，隨后還發展“標準層結扣除法”“平方守恒格式”等方法，這些方法至今仍是世界數值天氣預報和氣候預測的核心技術。他還將數值天氣預報延伸至氣候變化模擬和預測，率領團隊自主研制出大氣環流、陸表過程以及氣候系統和地球系統等諸多模式，參與聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）全球氣候變化科學評估，同時也用于中國短期氣候預測業務與氣候和環境變化的數值模擬研究。

在建立大氣紅外遙感系統理論和發展定量信息提取方法方面，曾慶存1974年出版的《大氣紅外遙測原理》是國際上第一本系統講述衛星大氣紅外遙感定量理論的專著，將各種輻射傳輸方程統一作為“遙感方程”處理，特別是提出的“最佳信息層”等概念和方法，是如今監測暴雨、臺風等及相應災害性天氣的極為重要的手段。此外，他提出求解“遙感方程”的反演算法，已成為世界各主要衛星數據處理和服務中心的主要算法。

在開創跨季度氣候動力學預測研究和氣象災害監測預報與防災調度方法研究方面，上世紀80年代起，曾慶存就致力于跨季度氣候數值預測以及集衛星遙感、數值預測和超算為一體的氣象災害防控研究：1994年建立世界第一個實際應用的短期氣候預報系統;1992年起，給出“季風”“季風區”“季風指數”“季風爆發”等客觀嚴格的統一數學表達和動力學特征，揭示出季風的本質、成因、時空結構和變異，均得到廣泛應用;1999年起研究將遙感、數值預報和超算緊密聯系的氣象災害的監測、預測和預警，提高其防控時效和效果。

曾慶存1991年還創立自然環境自控和人工調控的新理論——自然控制論，他提出通過合理的人類活動來減少對大氣和環境的破壞，是人類社會可持續發展和大氣科學研究的新內涵。目前，自然控制論已成功應用于大氣污染和核生化污染風險防控等方面。

地球系統模式是當今全球氣候和環境變化問題研究的制高點，曾慶存是建立中國地球系統模式的主要倡導者、領導者，并參與具體設計和研制。1991年他即前瞻性提出要建立“氣候和環境生態的動力學”模式，并提出建模和機理研究方法，2007年起一直領導和親自參與研制中國具有自主知識產權的地球系統模式。2011年，曾慶存等多位科學家向國家提出以研制中國地球系統模式為首要任務并帶動地球科學數值模擬研究的“大科學裝置”，2016年獲國家批準，現今被形象稱為“可以給地球做CT”的“地球系統數值模擬裝置”，已在北京懷柔科學城立項，預計2022年建成運行。

曾慶存表示，“地球系統數值模擬裝置”將為國家防災減災、應對氣候變化、大氣環境治理等重大問題提供科學支撐，并推動地球系統科學不同學科之間的學科交叉和融合，促進中國地球系統科學整體邁向國際一流水平。

力推中國大氣科研機構

建設和國際合作

曾慶存不僅是一位優秀的科學家、科研帶頭人，還是一位杰出的科研工作領導者和組織者。1984年，49歲的曾慶存肩負起中科院大氣物理研究所（中科院大氣所）所長的重任，提出要發展成為“中國的一個高水平的大氣科學研究中心，對國內外開放，在世界大氣科學發展中做出貢獻”。

擔任所長9年間，曾慶存爭取到在中科院建設首批國家重點實驗室中的兩個大氣科學實驗室——大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室、大氣邊界層物理和大氣化學國家重點實驗室。1987年，曾慶存得知第三世界科學院（現稱“發展中國家科學院”）有意要在中國合辦研究機構時，立即通過當時兼任第三世界科學院副院長的中科院院長盧嘉錫向第三世界科學院申辦“國際氣候與環境科學中心”，后來又以此為基礎，成立中科院—第三世界科學院—世界氣象組織共建的“國際氣候問題論壇”，定期召開國際研討會或培訓班，這兩者也成為中國大氣科學開展國際交流合作和為發展中國家培養科研人才的重要平臺。

這次榮獲國家最高科技獎之前，曾慶存已是榮譽等身，1980年當選中科院學部委員（院士）、1994年當選俄羅斯科學院外籍院士，1995年當選發展中國家科學院院士，2014年當選美國氣象學會榮譽會員。他還先后獲得全國科學大會獎、國家自然科學獎、何梁何利科技進步獎、中科院自然科學獎和杰出成就獎，2016年被聯合國世界氣象組織授予該組織最高獎——國際氣象組織獎。

曾慶存院士言傳身教、嚴謹治學，為中國氣象事業培養了一批又一批優秀研究生和青年學者，大部分已成長為國家大氣科學研究和業務領域的骨干和頂尖人才。同時，他也為發展中國家培養多位留學生，其中，中科院首位外籍博士古拉姆·拉索爾回國后任巴基斯坦國家氣象局局長。

雖已桃李滿天下，但曾慶存院士老驥伏櫪、志在千里，如今仍堅持在科研一線帶領和指導年輕學生，他希望為中國氣象事業培養更多棟梁，為大氣科學與其他學科交叉融合搭建橋梁，推動中國大氣科學和氣象事業不斷向前發展。

（四月摘自中國新聞網）