文｜ 《中國科學報》 記者馮麗妃
曾慶存受訪者供圖
氣象學是一門關乎百姓日常生活和社會穩定的重要科學。它不僅能為人們提供更準確的天氣預報，還在災害管理、資源規劃和環境保護方面發揮關鍵作用。作為一名氣象學領域的"老兵"，中國科學院院士、國家最高科學技術獎得主曾慶存用一生執著，為數值天氣預報和氣象衛星遙感作出了開創性和基礎性貢獻。
"此身未是枯朽材料"
即將成為「90後」的曾慶存生活很簡單，每天早上6點左右起床，做操、吃飯，接下來主要精力都放在工作上，工作內容之一就是使中國地球系統模式加速走向國際最前沿。
90年代末，曾慶存提出建構中國自主創新的地球系統模式。簡言之，就是把地球系統「搬進電腦」。江河湖海、山川冰石、葳蕤草木、飛禽走獸……紛繁萬物分屬大氣圈、水圈、冰凍圈、岩石圈、生物圈五大圈層。各圈層如何遵循大自然精妙的規律運作？曾慶存希望用數學物理公式將其定量地表述出來，並將各個圈層的變化規律進行耦合，從而推演地球不同圈層的變化，進行針對性的"地球實驗"，以重現過去、模擬現在、預測未來。
在曾慶存的提議和組織下，我國重大科技基礎建設計畫「地球系統數值模擬裝置」於2018年啟動。這個跨學科計畫由中國科學院大氣物理研究所（以下簡稱大氣）主導，國內多家科研機構與大學參與。目前，該項目已在北京懷柔科學城建成面向地球科學的超巨型計算機——大國重器"寰"，並在2023年11月發布了我國首個具有自主知識產權的"完整"地球系統模式CAS -ESM2.0。
由於地球系統模式的複雜性，目前絕大多數國家開發的都是單一氣候系統模式。 CAS-ESM2.0則整合了大氣環流（包括高層大氣）、海洋環流（包括洋冰）、陸面過程、植被動力學過程、氣溶膠和大氣化學等8個分系統模式，使中國成為世界上少數具有地球複雜巨系統綜合模擬能力的國家。
CAS-ESM2.0可以為天氣預報以及氣候和環境預測提供支撐，為防災減災、生態環境治理以及應對氣候變遷的國家戰略制定提供決策依據和科技支撐。曾慶存希望繼續推動此模式走向國際。
他在詩中寫道："劈面狂吼欲倒栽，此身未是枯朽材。酣戰寒風渾樂事，直摧冬盡接春來。"
"雄心初立志驅前"
其實，在20餘歲時，曾慶存就已經是國際氣象學界一顆冉冉升起的新星了。
1952年，曾慶存考取北京大學物理系。新中國成立之初，急需氣象科學人才，他被調到了氣象學專業。
風雲變幻莫測，1954年秋天，一場晚霜把河南40%的麥苗凍死了，嚴重影響了當年的糧食產量。這讓曾慶存暗自堅定了目標：把傳統望天看雲的經驗預測變成真正的氣象科學預測。
1957年，曾慶存被選派至蘇聯科學院，師從國際知名氣象學家基別爾，研究數值天氣預報。他回憶，那段時間特別苦，為了補數學、物理理論知識短板，他要到莫斯科大學蹭課，拼命惡補，有時一頁書琢磨很多天，才能硬著頭皮「啃」下來。
基別爾感受到了曾慶存的學習勁頭和迅速跟上來的步伐，便給了他一個世界難題作為論文選題——應用斜壓大氣動力學原始方程組做數值天氣預報。
所有的師兄都反對這項安排，擔心研究不出來可能拿不到學位，而曾慶存這個「初生牛犢」卻偏向虎山行。
沒有前路可循，他就冥思苦想，吃飯、睡覺、走路都在想機理、找演算法。電腦時間分配非常緊張，一個星期只有一小時使用窗口，他就抓緊時間驗證。
1961年，經歷了一年多的反覆試驗，曾慶存從分析大氣運動規律的本質入手，想出了用不同計算方法分別計算不同過程的方法——半隱式差分法。電腦驗證成功後，他高興極了，立刻從機房衝了出去，想把這個消息告訴導師。但興奮過度的他竟忘了穿大衣，因為失溫，一頭栽倒在莫斯科零下30度的天氣裡，不省人事。過路人看到了，急忙把他抬到醫務室。
這個讓曾慶存大病一場的演算法，給出了世界上第一張求解原始方程組的天氣預報圖，為數值天氣預報技術奠定了基礎，至今仍被廣泛應用。
那一年，曾慶存26歲。獲得蘇聯科學院副博士學位的他，立刻踏上了祖國大地。他在一首勵志詩中寫道："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。"
這條攀登之路，走得很艱辛。
上世紀60年代，國內尚未有足夠的電子電腦條件，回國後的曾慶存集中攻關大氣和地球流體力學及數值天氣預報中的基礎理論問題。有人認為他"脫離實際""走資本主義道路"，但他咬牙堅持，在大氣和地球流體力學的物理、數學理論研究上做出開創性、系統性成果。
1980年代初，隨著長期天氣預報對社經發展日益重要，世界氣象組織將工作重心放到長期預報研究上。在此背景下，時任大氣所所長曾慶存提出購買超級電腦。他認為我國在理論和計算方法上並不比國外差，限制發展水準的是計算機。
但當時我國基礎研究處於睏窘境地，缺乏必要的科研經費。曾慶存仍然堅持："把褲子脫了去當，也要買計算機。"
為了這台計算機，他在赴美國訪問時遍訪友人，得到有用消息，最後購得一台。
事實證明，這台計算機對數值天氣預報的進一步發展極為重要。 1982年，美國科學家提出在10年內能夠實現1個月逐日數值天氣預報，以此作為一個月氣候預報。曾慶存對此提出否定看法，並認為實現提前一個季度的氣候預測是可能的。回國數年後，他帶領團隊得出的計算結果證明自己的想法是正確的。
在「攀珠峰」的道路上，曾慶存也提出了動力氣象和地球流體力學的基礎數理問題及其解決方向，在計算地球流體力學、氣候系統模式設計和預測理論、相關遙感問題的理論化等方面作出了突出貢獻，為數值天氣預報奠定了理論基礎。
因為成果突出，1980年，45歲的曾慶存當選中國科學院學部委員（院士），2016年獲第61屆國際氣象組織獎，2019年獲國家最高科學技術獎。
許身科教以興國
榮譽在身，曾慶存初心不改，仍在攀登。談起科研創新的動力，他的回答很簡短："為國、為民、為科學。"
曾慶存出生在廣東省陽江縣一個貧農家庭。他曾光著腳板、穿著單衣，從廣東考入北京大學。那時因為飢餓，18歲的他身高不到1公尺5，後來大學4年身高才躥到了1公尺7。
「黨和人民讓我有飯吃、有學上，我就要好好做事情。」他說。
他身體力行，憂國家之憂。 21世紀前後，我國沙塵暴肆虐，為華北、西北、東北大地蒙上了一層厚厚的陰影。彼時，曾慶存剛做完手術，就加入了沙塵暴研究團隊。
沙塵究竟是怎麼起身的？從衛星圖像中很難得知原因。為了近距離觀察這個對手，那時每當天氣預報有沙塵暴，街上行人行色匆匆趕路時，曾慶存就會出門，到通州、密雲、延慶等北京郊區野外等待沙塵暴到來。
「不入虎穴，焉得虎子？」他說。
結合實地觀察和大氣所325米氣像鐵塔的觀測結果，他們發現，沙塵暴並非像想的那樣是隨著大風漫天遍地捲起的，而是和陣風關係密切。當陣風水平風速較大時，沙子會在地面滾動；當陣風變小時，沙子垂直速度反而會上升，造成揚塵。
在進一步研究中，他們發現，我國並非沙塵的輸出國，而是輸入國。沙塵暴的源頭是北非大沙漠和中東地區，西風將沙子帶到中亞、阿拉伯地區，並傳到中國。這有力駁斥了國外認為中國經濟發展造成環境破壞的論點。
曾慶存也為我國氣象事業培育了一批優秀學者。他博學多才，帶出的學生各有所長，如中國科學院院士王會軍側重大氣科學研究，中國科學院院士穆穆和戴永久則側重有關數學的研究。此外，還有很多學生紮根物理學、力學、控制論和環境科學等領域。無論學生選擇哪個方向，他都會因材施教。
談起如何指導學生做好的研究，曾慶存表示：「最重要的是個人的出發點，回答為誰服務的問題。同時，在方法上，要實事求是，勤於實踐。科學研究生涯往往困難重重，甚至看似是無路可通的。這需要勇氣、信心和毅力，鍥而不捨後，必定會找到解決辦法。"
在曾慶存看來，目前基礎研究人才的培養過於急功近利，特別是以在國外期刊發表文章為評價人才成長的標準，很不好。 「搞科學研究基礎要打穩，在國家需要的地方下功夫。科技界和產業界對人才的培養應該更耐心一點，不能跟風。」他說。
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