張珂：縱橫江河二十年

范佳樂

張珂

2000多年前，太史公南登廬山，俯瞰大禹疏浚九江之遺跡，行走四方考察，遍覽天下之水，最終發出“甚哉，水之為利害也”的千古感嘆。

這一聲感嘆道出幾千年來人與水之間緊密相連的關系。水利則萬物生，水為患則民生不安。面對水資源時空分布極不均衡，水旱災害頻發這一基本國情，中華人民共和國成立后，黨和政府多次召開水利工作會議，部署實施了一系列重要的水利工程，對大江大河進行治理。為了防治中小河流洪災頻繁發生，我國政府于2010年啟動了全國中小河流水文監測系統等項目建設。許許多多水文水資源領域的科研工作者投身其中，為水旱災害的防治工作默默奉獻。

來自河海大學的教授張珂正是其中一員。近20年來，他牢記使命，在水旱災害形成機理、監測與預報預警、水文過程衛星遙感技術及應用、陸氣耦合機理與模擬、氣候變化和人類活動對生態水文過程的影響等方面取得了一系列科研成果，發表學術論文100余篇，申請授權發明專利、軟件著作權近20項，編寫著作7部，為我國水利科學的發展作出了貢獻。

天下有溺猶己溺，此志毋稍弛

張珂身上的使命感來自1998年那場百年一遇的大洪水。

那年夏季濕熱異常，入汛以來，從6月12日到8月27日，整整77天，江南、華南大部分地區及東北局部地區連降暴雨，引發特大洪水，全國共有29個省、自治區、直轄市遭受觸目驚心的洪澇災害。在這場牽動全國的天災中，湖北利川的土家族少年張珂完成了自己的志愿填報和高考。

“利川在清江上游，洪水不算大，但是整個長江流域洪水肆虐，這強烈激發了我戰勝天災的想法，因而選擇了河海大學的王牌專業水文與水資源學……當時的想法其實還挺單純的。”23年后，已經是水文水資源領域知名中青年專家的張珂，提起這份科研初心仍然有些動容。

作為災難的親歷者，18歲的張珂已經深刻意識到人與水的利害關系。這在往后的歲月中數次提醒他，一定要把水文與水資源學研究做好。“天下有溺猶己溺，此志毋稍弛。”河海大學校歌中的這句詞，成為張珂內心的真實寫照。

1998年，張珂進入河海大學就讀水文與水資源利用專業，通過4年的學習，取得了優異的成績，獲評為校優秀畢業生，作為極少數成績優異的本科生被推薦免試在河海大學繼續攻讀碩士學位。碩士期間，他跟隨導師李致家教授研究水文物理規律模擬及水文預報，李致家教授是水文預報領域的著名專家，師承我國著名水文學家趙人俊教授。李致家教授很早就發掘了張珂的科研潛力，非常支持張珂的研究想法，給了他極大的科研自由度和信心，指導他在分布式水文模型研發上取得重要成果。2005年，張珂以優異成績畢業，其學位論文獲評為江蘇省優秀碩士論文。為了學習世界最新科技和探索國際學術前沿，他勇敢踏出國門，遠赴美國蒙大拿大學攻讀生態水文學博士學位。

在蒙大拿大學，張珂的導師是美國生態水文領域的頂級專家Steven Running和陸面遙感領域的著名專家John Kimball。Steven Running教授雖然年紀較大，但思維活躍、視野開闊，為人和藹可親，善于四兩撥千斤，在輕松的氛圍當中給予學生精準的點撥。John Kimball教授當時40余歲，精力充沛，做事勤勉高效，是一位行動派人士。最令張珂印象深刻的是，每次“論文交上去，他通常3天就會修改好，連細微語法錯誤都不會放過”。兩位導師的科研風格深深地影響了張珂，多年后他走上自己的工作崗位時，這些都成為難能可貴的經驗財富。

博士期間，張珂的研究主要圍繞泛北極地區陸地生態水文過程對氣候變化和波動的響應。在導師指導下，張珂成長迅速，相關研究也成為他的代表性研究成果之一。2009年博士畢業后，他順利獲得了全球頂級高校哈佛大學的博士后研究崗位。2010年到2014年，張珂在哈佛大學有機體和進化生物系歷任博士后研究員和副研究員。

在哈佛大學，張珂參與到一項備受矚目的課題中。當時，世界上最大的熱帶雨林——“地球之肺”亞馬孫熱帶雨林在20世紀后半葉遭到了難以逆轉的過度開發，導致雨林急劇減少，截至2010年，其熱帶雨林的面積減少了整整一半，引起國際各方高度關注。

“我在哈佛大學的博士后導師Paul Moorcroft教授對水文生態研究領域做得非常深入，引領了全球植被動態模型的研究，他十分善于探究本質。他特別執著，給我做了很好的指引。他當時帶領團隊開發了一個引領學科國際前沿的全球動態植被模型，叫Ecosystem Demography-2.0模型。2010年受戈登和貝蒂·摩爾基金會600多萬美元資助，Paul Moorcroft帶領團隊開始研究和預測21世紀在不同氣候變化和人類活動情境下，亞馬孫熱帶雨林碳-水循環變化及其生態效應。”這是一個充滿挑戰又蘊含重要科研價值的研究項目，張珂在哈佛大學期間，有相當長的時間投身其中。后來，他還加入美國宇航局的AirMOSS研究計劃中，為此工作長達3年。“我在這兩個項目當中主要的工作就是運用最新的遙感和模型模擬技術來研究陸地生態系統對氣候系統的變化和波動的響應及反饋作用。后來陸續有多篇高質量成果發表在相關領域的頂級期刊上。”這些成果的發表令張珂在學術界得以嶄露頭角。

早在哈佛大學做博士后研究期間，張珂就接到了母校河海大學的熱切邀請，希望他回校任教。出于積累經驗、全面提升的打算，張珂沒有立即答應。后來，他又受邀前往俄克拉何馬大學中尺度氣象研究聯合所任研究員，進一步從事水文氣象領域研究工作。2014年至2015年，張珂相繼擔任了俄克拉何馬大學遙感應用和地理信息系統研討會發起人和主持人。2015年，他又擔任了美國地球物理學會“Advances in Remote Sensing of Natural Hazards”分會發起人和主持人，并從這年開始受邀擔任美國地球物理學會Remote Sensing and Natural Hazards專著主編。至今，他還擔任Frontiers in Earth Science副主編、Advances in Meteorology特邀主編。學術地位得到肯定，掌聲與鮮花一同涌來的時候，張珂再次收到了母校河海大學伸出的橄欖枝，此時的他認為時機終于成熟，欣然答應。

大禹治水，足跡遍布九州，三過家門而不入。張珂海外求學、科研十余載，輾轉多地，不敢懈怠。為天地立仁心，為生民擔使命，這個從清江源頭走出的土家族少年，為著心里始終涌動著的那份悲憫博大的情懷，從傳統水文到生態水文、遙感水文、水文氣象，如饑似渴地汲取，從不拘泥于某一方向，盡可能通才達識形成多元交叉的學科體系。這條路雖辛苦，但他走得穩穩當當，深深扎根，緩緩開出了花。

橫流浩劫永斷絕，拯救數兆黎

在河海大學，張珂迎來了自己的科研成果井噴期。

河海大學作為國內水利學科的王牌院校，近10年來，大力開展走出去和引進來的學術交流戰略，具備了濃郁的國際化科研氛圍。借助河海大學這一廣闊平臺，回國后，短短6年，張珂先后成為國家高層次人才青年項目入選者、江蘇省杰出青年基金獲得者、江蘇省“雙創計劃”雙創人才、江蘇省“六大人才高峰”高層次人才、南京“科技頂尖專家集聚計劃”人才；相繼主持包括國家重點研發項目課題、國家自然科學基金委面上項目在內的國家和省部級項目近20項，取得了一系列可喜的成績；并于2020年當選國際環境建模與軟件協會（iEMSs）秘書長，國際水文科學協會（IAHS）中國委員會委員等：同時，他還是Journal of Hydrology、Environmental Modelling & Software、Hydrology Research、Water Science and Engineering、Hydrology Research、Advances in Atmospheric Sciences等國際著名學術期刊的副主編或編委。

張珂繼承了導師們的實干、勤勉、高效、開明，又將這些傳遞給與自己并肩作戰的團隊成員們。他欣賞思維活躍的學生，并注意引導他們沉下心來，將科研成果真正形成科研產出，用于造福社會。他鼓勵學生學好語言工具，如當初John Kimball教授通篇不放過一個細小錯誤地給自己改論文那樣，極其認真地對待學生交上來的文章。他將自己對夯實水文與水資源學基礎，提升交叉學科背景的理念貫徹始終，因而他的團隊能做的課題多，研究起來有信心。在這支由4名青年教師、3名博士后研究員、30多名碩博士研究生組成的課題組中，到處都是張珂的烙印。

帶著這樣的隊伍，張珂通過一個又一個項目，踐行著“橫流浩劫永斷絕，拯救數兆黎”這句河海大學校歌歌詞道出的科研理想。

2016年起，面對我國水旱災害頻發，在氣候變化與高強度人類活動共同作用下，水文節律非穩態增強，不確定性加劇，洪旱災害預測預報面臨巨大挑戰的實際情況，張珂帶領團隊展開“多遙感與大數據技術推動的水災害預報研究”。他們利用大數據技術挖掘水文規律，實現模型結構和參數的優化，提高了對下墊面時空變異性的體現程度；辨析了星地多源降水數據誤差特性并研究含多源降水產品的高效融合與降尺度方法；厘清了土壤含水量同蒸散發過程的相互作用機制，實現了土壤濕度微波物理反演與蒸散發反演模型的有效結合，建立了土壤濕度與蒸散發的協同反演方法；結合最新信息同化技術，研究多源信息場同精細化分布式水文模型的同化方法，從而提高了洪旱水災害的模擬預報精度。

2018年起，張珂團隊開始了對“典型濕潤山丘區異質下墊面下生態水文學過程耦合機理與模擬”課題的研究。團隊選取了新安江“大-中-小”三級嵌套流域開展野外立體觀測實驗和機理分析，建立了基于多源、多平臺遙感手段的植被組成與結構協同反演方法，探明了植被的空間異質性，揭示了精細尺度下流域下墊面空間異質性對生態水文過程的影響機制，構建了流域下墊面物理條件空間異質性對生態水文過程影響的非均化概化、精細化模擬和尺度轉換方法，發展了基于哈佛大學Ecosystem Demography-2.1動態植被模型的生態水文模型，闡明了典型濕潤山丘區生態水文過程的時空分布規律。在研究濕潤山丘區的生態水文耦合機理、下墊面概化方法和模型模擬技術等方面取得了一系列創新。

針對寧夏三河源地區水資源“量少、質差、分散，蒸滲損失大、利用效率低”，水源涵養林建設存在“成活率低、保存率低、配置不合理”，以及水土保持工程措施導致水資源無效損失加大等問題嚴重影響當地200萬居民生存和發展的現狀，張珂和團隊圍繞氣候和下墊面變化下如何實現三河源區的水資源挖潛，選擇具有代表性的3個流域，開展三河源氣候和下墊面條件變化下水循環過程和水資源潛力評估與挖潛等研究，重點解決了該地區水資源潛力挖掘和水資源高效利用的關鍵技術和方法，為大規模開展生態建設和經濟建設提供了技術支撐。

在張珂及其團隊目前在研的項目中，最重要的一項是關于中小河流防控這一難題。“1998年之后，我國在大江大河的治理上取得了突破性的成功。大江大河的洪澇災害發生頻率顯著下降，但是隨著城鎮化發展，一些中小河流旁邊聚集起越來越多的人口。中小河流洪澇災害頻發，造成大量人員財產損失，已成為我國洪澇災害損失的主體 。”

2018年，河海大學獲得科技部資助承擔國家重點研發項目“中小河流防控與應急管理關機技術研究與示范”，張珂帶領團隊主持了“不同水文氣象分區和下墊面產匯流演變規律及響應機理”課題。圍繞厘清中小河流產匯流規律和提升洪水預報精度的科學目標，通過結合產匯流機理分析、多源遙感方法、信息融合技術和模型模擬方法，他們提出了蓄滿與超滲產流模式的空間組合模擬方法、流域土壤濕度初始狀態場和實際蒸散發耗散的衛星遙感估算方法等，形成了基于多源遙感和信息融合的中小河流洪水預報方法與模型。該研究成果經過應用對比發現，比原有的固定產流模式模型方法的洪水預報合格率提升了15%～40%，顯著地提升了預報精度。

“未來，我們打算把這套技術推廣到全國，讓它能夠真正落地，為全國的防控減災服務，我希望它能達到如1998年之后國家對大江大河的治理所取得的效果。”張珂相信那一天很快會到來。大江大河、中小河流相繼得到有效治理，奔騰肆虐的洪魔被鎖在水利科學的大網中，可防可治，可監測可預報，不受約束的洪災成為傳說，水利而萬物生發。