把地球“裝進”計算機

祁可晴

一直以來，從核爆炸模擬、油藏模擬，到極端天氣預報等，高性能計算始終守護著國家的安全和安寧，甚至成為衡量一個國家綜合實力的基準之一，它與航天技術(shù)、航母制造等尖端技術(shù)一樣，被視為是國家實力的象征。

高性能計算（High?Performance?Computing，簡稱HPC），指使用大量處理器單元或者某一個集群中的多臺計算機來完成復雜、海量計算任務的計算機系統(tǒng)和環(huán)境。HPC也被視為計算機科學與工程的“皇冠”，在生命科學、地球科學、地理學、氣象學、生物制藥、基因測序、圖像處理等多種學科領域有廣泛的應用。

來自中國科學院大學地球與行星科學學院的副教授胡才博，正是一位使用HPC研究地球地震、構(gòu)造的科研工作者。他期待通過自己的研究讓科學界和社會大眾更好地了解地球的真實面貌，感受地球的魅力。

探索地球

胡才博的大學4年過得很快樂，他讀的是自己感興趣的專業(yè)——地球物理，跟隨老師參加社會實踐和野外勘探，更是給了他直觀地感受地球、認識地球的機會。同時，胡才博對自己也很嚴格，他認真學習如何寫程序代碼，掌握了許多知識，得到了不小的鍛煉，取得了優(yōu)異的成績。但在胡才博的心中，始終有一個小小的遺憾。

“我高考的目標是北京大學，但是沒能如愿，最后選擇了中國地質(zhì)大學（武漢）。”在中國地質(zhì)大學（武漢）（下簡稱“地大”）4年的時光里，地大的校訓“艱苦樸素，求真務實”深深地鼓舞著胡才博繼續(xù)勇攀科學高峰。在地大的最后一年，胡才博決定報考北京大學地球物理專業(yè)的研究生，實現(xiàn)自己的夢想。

功夫不負有心人。2003年，胡才博如愿以償考入北京大學地球物理專業(yè)，碩博連讀，他的專業(yè)方向也有了一些變化。“北大地球物理和地大地球物理相比，有較大的差異，地大的地球物理當時主要偏向工程實踐，而北大的地球物理則主要關注地球深部結(jié)構(gòu)和復雜動力學過程等理論性問題。”

來到北京大學后，胡才博系統(tǒng)學習了許多關于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、地球動力學的相關知識，尤其是彈性力學、塑性力學、流體力學等力學課程。除了理論知識的提升外，在計算機編程方面，胡才博自主開發(fā)了一些有限元程序，包括：二維、三維，彈性、熱彈性、孔隙彈性、黏彈性、彈塑性、黏塑性、黏彈塑性，連續(xù)模型、非連續(xù)模型，多物理場耦合等，大大提升了他的計算機編程能力。

“我很感謝北大的導師蔡永恩教授，他非常負責任，手把手教我如何寫程序，我們經(jīng)常在組會上討論研究中的問題，他給了我很多肯定和鼓勵，無條件地支持我，還十分注重培養(yǎng)我嚴謹?shù)膶W術(shù)態(tài)度，讓我受益匪淺。”2009年，胡才博順利博士畢業(yè)，之后他繼續(xù)在北京大學開展了兩年的博士后工作。

回望在北京大學的8年時間，胡才博心里有許多的感慨，這是一段令人難忘的成長經(jīng)歷，也讓他堅定了繼續(xù)學習、開闊眼界的決心。胡才博兩次前往美國高校進行訪學，他先后在美國密蘇里大學哥倫比亞分校地質(zhì)學系和美國肯塔基大學地球與環(huán)境科學系進行訪學，分別師從劉勉教授和王振明教授。這兩次訪問，開闊了胡才博的學術(shù)眼界，提升了他對地球科學的興趣和熱情。

低谷中新生

2013年到2018年對胡才博來說是低谷的6年。在這段時間里，很多瑣碎的事情交織在一起，讓他集中不了精力，研究進展緩慢，成果也比較少，但胡才博并沒有因此放棄。

2018年，胡才博的科研之路迎來了曙光。他主持了國家重點研發(fā)計劃的子課題研究，主要參與三維陸地冰蓋有限元數(shù)值模擬程序開發(fā)及應用，研究了祁連山地區(qū)的現(xiàn)代冰川消融會對祁連山地區(qū)產(chǎn)生的影響。自工業(yè)革命以來，與人類活動密切相關的全球氣候變化正在加速冰川消融。因此，胡才博選擇研究現(xiàn)代冰川消融、消失對地表變形產(chǎn)生的時空變化這一具有理論和現(xiàn)實意義的課題，期待以自身研究尋找相關問題的答案。

在研究中，胡才博建立了祁連山地區(qū)一條典型地質(zhì)剖面的二維平面應變麥克斯韋（Maxwell）黏彈性有限元模型，研究1956—2106年間，在冰川不斷消融引起的地表載荷和兩側(cè)地塊的不斷構(gòu)造擠壓作用下，祁連山地區(qū)地表變形、地應力的時空演化，定量評估研究區(qū)域主要斷層帶的地震危險性的時空變化。

胡才博說：“這個項目是我?guī)е业牡谝粋€研究生一起做的，時間很充裕，我?guī)缀跆焯旌退懻摗ＫM步很大，我的進步也很大，我們一起把我原來做的工作進行了非常系統(tǒng)的總結(jié)，也做了很多具體的地球科學的工作。”

在胡才博的低谷期，中國科學院計算地球動力學重點實驗室學術(shù)委員會主席石耀霖院士和實驗室主任張懷教授給了他很多關心和幫助。胡才博說：“從2016年開始，我跟著石老師和張老師做項目，參與國家重大項目，讓我得到了巨大的提升。此外，石老師還帶領我嘗試月球、火星相關領域的新研究。”

就這樣，胡才博的研究范圍從地球擴展到了月球。月球作為地球的衛(wèi)星，一直受到各界科學家的關注。月球淺表的溫度變化特征是月球探測的重要內(nèi)容之一，與其相關的變形和熱應力的時空分布對于熱事件月震的成因更有至關重要的作用。

特別是隨著對類探月的月壤樣品和各種觀測數(shù)據(jù)的分析和研究，科學家對熱月震的時空分布和月壤的熱-彈性性質(zhì)有了更進一步的認識，為之后定量研究月球淺表的熱月震和熱事件的動力學機制奠定了較好的基礎。

“我建立的是二維模型，但材料參數(shù)和邊界條件是一維的，與月表附近的月巖跟月壤的熱-彈性參數(shù)有很大的區(qū)別，因此，建立二維模型，甚至三維模型是非常必要的，這會是未來進一步探究月表附近的熱月震的重要方向之一。”胡才博對之后的研究充滿了期待。

自2018年以來，胡才博及其學術(shù)團隊在《地球科學前沿》（Frontiers?in?Earth?Science）、《國際地球物理學雜志》（Geophysical?Journal?International）、《中國科學：地球科學》等國內(nèi)外學術(shù)刊物發(fā)表論文12篇。

太極之道

胡才博年輕的時候喜歡打太極拳，在北京大學讀書的時候，他還加入了太極拳協(xié)會，擔任協(xié)會會長。不難看出，他十分認同太極的文化和理念，這些理念也貫穿了他生活的方方面面。

在那段很長的低谷期里，胡才博開始嘗試寫詩，經(jīng)常回想過去練習太極拳時對太極的感悟，慢慢排解心中的壓力。“詩一開始是胡亂寫的，后來慢慢學習平仄押韻，寫得更好一些了。現(xiàn)在還會去參加詩詞比賽，像去年我就拿了中國科學院大學職工工會的一等獎。太極拳雖然不練了，但是太極的理念永遠在我的心中，它教會了我許多人生的道理。”胡才博露出了笑容，盡管他的科研道路并不平坦，走過一些彎路，但他仍然對未來充滿信心。

面對家庭，胡才博坦言，事業(yè)只是人生的一個部分，它不是人生的全部，所以絕對不能為了工作，放棄了陪伴家人的時間。關于學生培養(yǎng)，胡才博強調(diào)因材施教，強調(diào)充實基礎，從不強求學生短期之內(nèi)就有重大突破。“有的人是少年得志，有的人是大器晚成，你不能用一個標準要求所有的學生。打牢基礎，才能行穩(wěn)致遠。”

面對科研，胡才博的心愿很簡單。他希望能對地球、月球乃至火星有更多的認識，增加科學界對地球科學和行星科學的認識，進而推動地球科學和行星科學的發(fā)展。“人活得通透一點，或許更能全身心地投入科學研究。”胡才博如是說道。

（責編：蘇寒山）