洪澇監測濟民生
——記中山大學大氣科學學院教授吳歡

馬夢珂

吳歡主持2019年度全球洪水合作伙伴（GFP）國際會議

“洪水滔天，浩浩無涯?！薄帮L卷白波翻，日煎紅浪沸?！惫湃肆粝碌奈膶W寶藏，盡致展現了人類對自然災害的恐懼。近年來，人類同樣面臨洪水等自然災害的侵襲，如“2021年河南鄭州7·20特大暴雨事件”，短時間內的極強降雨造成河南省所轄多個縣區鄉鎮數萬人受災；“2020中國南方洪澇災害”使全國16個省區198條河流發生超警戒水位以上洪水，另有重慶綦江上游干流更是發生了超歷史洪水。

“如果洪水預警系統的精準度得到進一步發展，將直接有利于防汛搶險、水資源的合理利用與保護、水利工程建設和調度運用管理以及工農業的安全生產服務。最為重要的是，可以挽救更多人的生命。”中山大學大氣科學學院教授吳歡一語道出了廣大水文科技工作者的共同理想。已在水文領域探索了二十余年的他，時至今日仍然行走在這條鮮花與荊棘并存的道路之上，致力完善洪水監測研究的夢想一刻未曾松懈。

靈感源自需求 不改歸國初心

“我與洪水預報算是一見鐘情?！泵鎸υ泴I上的“跨界”，吳歡調侃道。在北京大學遙感所讀研究生期間，吳歡開始將遙感技術與水文學進行融合。恰巧，他的導師成功獲批自然科學基金項目“基于遙感的分布式洪水預報”，吳歡毫不猶豫地加入該項目研究并成為主力。“學生時代想法單純，機會又難得，我覺得這個課題對我有著莫名的吸引力?！贝撕?，機遇與挑戰并存的洪水研究課題徹底點燃了吳歡對此方向的熱忱，在順利結束博士階段的求學生涯后，他遠赴美國開始了博士后階段的工作。

“博士畢業后，我決心以成熟的心態去看世界。實事求是地講，我國當時在遙感和氣象水文領域與發達國家的確存在一些科研進程方面的差異。”2007年至2017年，10年旅居美國的工作經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遇，眾多頂尖科研機構向他拋出了橄欖枝。一向奉行“只求奮進，莫問前程”的他在異國勤學數年，終以優異表現豐富了自己的人生履歷。2010年起，吳歡受聘于美國宇航局（NASA）-馬里蘭大學地球交叉科學研究中心（ESSIC）從事水文領域相關的研究工作；先后作為美國能源部、美國宇航局“應用科學-災害（APS-Disaster）”“能量與水循環研究（NEWS）”“降水觀測（PMM）”等多個科研計劃的首席和聯合首席科學家……為水文科技的發展提供了很大助益。2017年，吳歡入選國家高層次人才引進計劃，回到祖國，投身新階段的科研工作。

降水豐虧由天 防治監測在人

回國后，吳歡加入中山大學大氣科學學院，并立刻組建團隊開展了一系列圍繞洪水問題的深入研究：在歸國5年有余的時間之中，吳歡先后承擔和參與了多項由國家自然科學基金委員會、科技部、應急管理部等資助的國家級和省部級科研項目，專注于“洪澇災害監測預警和評估模型研究”，為我國洪水監測事業作出了重要貢獻。

其中，“DRIVE水文模擬系統”可以稱得上是一切成果的“地基”。據悉，該模型初現于2012年，由吳歡及合作者通過耦合分級主干匯水路徑算法、匯流模型（DRTR）和VIC陸面過程產流模型等理論研發而成。該模型充分利用了當今陸面過程模型發展的主流成果，成功解決了陸面過程模型中缺乏側向水流過程描述的問題，且適用于不同時空尺度的洪水模擬。DRIVE模型的輸入包括降水、風速、氣溫等氣象要素，以及土壤、植被及地形等陸表參數集，其主要特征表現為在不同空間分辨率上的穩定性和適應性。也正是由于其強適應性，模型可以更加便捷地對洪峰時間、流量及淹沒范圍、深度等進行持續、精細化（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。此模型一經問世，立刻引起業內廣泛關注。

值得一提的是，截至目前，以DRIVE模型為核心的全球實時洪水監測與預報系統（GFMS）為國際主流實時洪水監測系統，用戶及訪問者幾乎遍及每一個國家。另外，該系統也是目前全球唯一能夠應用衛星降雨信息和水文模型在全球尺度上進行高分辨率可達1km的洪水模擬和實時監測的運行系統，對洪災應急響應極其重要。

百尺竿頭，更進一步。2020年，吳歡攜團隊在國家重點研發計劃、國家自然科學基金和應急管理部等組織的聯合資助下，結合極端水文氣象模擬團隊及其他合作者，從水文氣象的角度進一步提出了一種基于大尺度水文模型耦合局地尺度-高分辨率水動力模型和城市內澇水文模型的全新洪水預報預警方案（GHS-F）。該方案以全球實時洪水監測與預報系統（GFMS）為藍本，進一步融合了多源衛星遙感數據及地面觀測數據，取其覆蓋面廣和連續性強的優勢，在一定程度上解決了偏遠地區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生發展趨勢預測的可靠性，中尺度典型流域或城市洪澇預測信息的準確性，以及局地尺度城鄉街道淹沒風險預估的精確性。此成果引起了學術界廣泛的重視，并且成為吳歡團隊近年來的工作重點。2020年6月初至8月底汛期期間，吳歡帶領極端水文氣象模擬團隊日夜奮戰，將GHS-F系統部署在國家應急管理部和國家氣象臺，為全國洪澇災害應急管理提供業務化支撐發揮了極為重要的作用。

世界上從無絕對的完美，科學發展則尤其如此。GHS-F模型未來發展仍然“道阻且長”，對此，吳歡剖析道：“對于提高GHS-F模型系統的實用性，應優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節，且會受到人類活動的顯著影響，若能實時同化徑流量或水位觀測數據，及時訂正洪峰流量和峰現時間，對于開展洪水頻率預測及風險預估，從而提高決策信心尤其重要；其次是GHS-F應該增強局地水動力模擬，集成或同化高分辨率遙感淹沒信息，未來要實現更準確的洪水淹沒、重要湖泊、蓄滯洪區動態模擬。優先解決以上兩個問題，將有助于實現5～10m高分辨率的精細化洪澇災害風險預測和評估，具有極大實用意義?！绷⒆惝斚?、展望未來的吳歡在敘述自己的專業領域時，眸中總是含著令人無法忽視的灼灼光輝，“我很慶幸當初選擇了這個科研與應用并重的研究方向，隨著極端天氣的頻發，一份‘看得見’的使命與責任時刻鞭策我不斷奮進”。

國家自然科學基金國際合作項目年度會議

育人拒絕盲從 圓夢步步為營

作為科研人員，吳歡刻苦努力；作為一名教育從業者，他同樣認真負責，主張“批判”與“辯證”?！拔覐膩聿幌矚g學生‘唯師之命是從’，如果學生的文章、成果展現的完全是我的思路和想法，學生的出路在哪里呢？”秉持著這種開明的教學思想，他在日常的教學工作中大力培養學生“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，通過深入思考及實驗探究從而提出一系列的科學問題。“我非常歡迎他們來與我討論自己的疑問，只要問題是有效的、經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人觀點中的疏漏與失誤。實際上，我和學生偶爾也會在學術問題上有爭議?！痹捳Z中對日常交流場景的描述不難讀出他為人師表時的親切與開明。

回首前路，吳歡既收獲過來自無數合作伙伴的鮮花與掌聲，也曾面對過風雨欲來時人們的痛苦與糾結。他說，他的愿望很樸實但又任重道遠，極端天氣在未來恐怕會發生得愈加頻繁，所以，未來面對山洪、江洪及城市內澇等不同類型的水患，他希望能與背后無數科研工作者攜手，在洪水暴發之前便提前預知災難的降臨，為國家做應急決策提供更加有力的數據支持，從而可以將傷害控制到最低，真正實現“運籌帷幄之中，決勝千里之外”。