“风云”变幻,且看气象万千——专访中国工程院院士许健民
天气预报早就深度融入我们的生活。
你有没有发现,这些年,天气预报已不再是“晴转多云,局部有雨”,而是“下午几点降雨,预计持续几小时”,无论预报的准确率,还是更新频率,都越来越高了。
这一切,离不开风云气象卫星。
今天,我们采访的许健民院士,是我国“风云”系列气象卫星事业的开拓者、见证者。今年6月,他被世界气象组织授予有“气象诺贝尔”之称的国际气象组织奖。
许健民总说,云图要天天看。现在他已经退休,但在中国气象局的大院里,大家还能经常看到回单位“上班”、看图的许健民。他背着一个驼色的帆布包,步子小却迈得很快。
他为何痴迷看云图?让我们跟着《大国院士》向许健民院士提问,一起听他与云图、气象卫星和天气预报的故事。
1
80多岁了
为何还要天天看图?
地球上所有天气表现,都是大气和云运动的结果。用卫星监测全球风云,就像给地球大气做CT,一眼就能看出哪些地方将有坏天气。
依据气象卫星云图,天气预报的准确性有了很大提升,可许健民也坦言,“气象是复杂的系统,搞不懂的还有很多。”
小尺度对流,至今还是让许健民觉得难预测准的一种天气。以龙卷风为例,他解释,“里面的云上来就开始旋转,离心力、下梯度力之间的平衡关系瞬间被打破,大气物理过程非常快,很难报出来。”
风云瞬息万变,要想摸透这其中的规律,及时准确做出预报绝非易事。虽然已年过八旬,许健民还在一直学习,一直研究。
“云图365天都要看”,是他坚持了一辈子的习惯。
全球气候变暖,极端天气增多,气象工作者用云图观测天气面临更大的挑战。
“用数学方程式描述自然,需要简化,但简化时不能把本质问题丢掉,这就是我们要干的事。”许健民说。
从2016年开始,许健民有意识地保存重要天气过程的云图。如果哪天有事没来单位,他还会把云图资料补上,甚至坐飞机,也会对着舷窗拍下云的照片,落地后与卫星云图仔细对比。
他在对比什么?许健民告诉记者,“我在想象大气是怎么运动的,一对比就能弄清楚大气运动的物理过程。”
“提高天气预报的准确率,是我们的职责使命。”在许健民看来,天气预报准确率的提高,不是突然一下就能提高的,要靠各种各样的小事,每个人都做出一点点贡献,这样才能提高。
2
“落后,落后,落后,落后”
“周恩来总理看了美国卫星经过中国时候拍的卫星云图,他说,‘落后,落后,落后,落后’。”
回忆起研发风云气象卫星的原因,即使过去了56年,许健民依旧清晰记得当时周恩来总理说的这四个“落后”。
1969年,我国长江、黄河流域遭遇一场罕见的雨雪冰冻灾害。当时的中国,天气依靠地面每两百公里一个气象站,一天两次发放探空气球所收集的数据来预测。由于缺少准确的天气预报,防灾救灾反应滞后,社会损失巨大。当时,周恩来总理在看了美国的卫星云图后,便提出要“搞我们自己的气象卫星”。
“气象局当时负责气象卫星的总体规划和气象卫星数据的地面接收、处理、分发和应用。”许健民回忆,1971年,中国气象局成立了卫星气象中心。而他调任这里时,已经是1986年。
当时,距离周总理提出要研制中国自己的气象卫星,已经过去了整整17年,可第一颗气象卫星还处于研制阶段。
研制出气象卫星,咋就这么难?
“卫星在距离地球800公里的上空,怎么看地球的一公里?卫星以每秒7.9公里的速度飞行,需要把一个点一个点的资料拼起来构成一张图……”许健民表示,气象卫星工程体量大,中间每一个环节都有极高难度。
经过不断探索、潜心研究,终于在1988年9月7日,我国第一颗自主研制的极轨气象卫星风云一号A星成功发射。
在汇报工作时,许健民哭了。
这条从无到有的摸索之路走得多艰辛,许健民和他的团队都知道。
3
天气预报是“算”出来的
在许健民的电脑里,一直保存着一个文档,里面写满了密密麻麻的数学公式。
143页,4万多字。
这里面记录着解决“风云二号”气象卫星云图抖动难题的办法。
风云二号,我国首次研制的静止轨道气象卫星,由许健民担任地面应用系统总设计师。然而,在当时,世界上所有的静止轨道卫星都存在同一个的问题——云图抖动。
“这样的抖动是不能接受的。”许健民态度坚决,他说,“云图抖动,就不能看出云是在上海,还是在苏州,天气预报就不准了。”
为了找到抖动的原因,他收集起卫星“废图”,按照时间顺序排列一起观察,寻找云图抖动背后的规律。
许健民认为,所谓科学就两件事,第一件事是认清自然界发生了什么事;第二件事是要搞清楚这件事之所以存在、发生,它的科学道理在什么地方。作为科学工作者的他,一定要弄明白这两件事。
可找到规律哪那么容易。许健民喊来学生陆风、张晓虎等人,决定重新学习高等数学、线性代数等大学课程,验算卫星定位公式。
“这143页公式,必须每一个、每一步都做对,最后拼起来才能是对的,费的劲大得不得了。”讲起那段推导公式的日子,许健民说,“错一步就得重新再算一遍,没完没了,我们做的时候很迷茫。”
尽管苦,尽管迷茫,许健民和团队始终相信,用数学方法来解决问题,肯定是正确的道路。历经一千多个日夜,他们最终推算出正确的基础公式,在风云二号C星发射前一个月,在世界上率先解决了卫星云图抖动问题。
4
气象卫星不止“测”天气
1987年,大兴安岭的一场森林大火,轰动全国。没想到的是,搞气象卫星的许健民,竟和这场森林火灾的救援有千丝万缕的联系。
不仅仅是天气预报,气象卫星应用范围现在越来越广泛。追溯起来,气象卫星的应用价值还是在这场火灾救援中,初步展现。
上世纪七八十年代,在中国没有自己的气象卫星时,卫星中心能接收到外国气象卫星发下来的气象资料。调到卫星中心后,许健民就天天拿着图研究。从里面,他不仅看到了云,更看到祖国山川河流、森林植被。许健民敏锐地意识到,这些信息里藏着气象卫星广阔的应用前景。
“一定要把这些图用好。”于是,许健民主张边研究、边使用,在做气象卫星的地面系统建设的同时,还要不遗余力地推动卫星数据在火灾、水灾等方面的监测服务。
1987年,大兴安岭森林大火,验证了许健民的前瞻性布局。
当时火势凶猛,火区上空烟雾笼罩,飞机和林火瞭望哨无法进行有效地观测。许健民团队却在卫星云图中捕捉到关键信息,他们从云图上清楚看到三条火带,观察到火势蔓延的趋势,为各级扑火指挥部制订扑火计划提供了可靠信息。
如今,许健民家中仍保存着当年大兴安岭火情的云图资料,时刻提醒他坚守初心。他说,“云图数据用途非常多,还能再研究。”
在《大国院士》的镜头前,对于自己所获的国际气象组织奖,许健民院士一直重复着同一句话,“我就如一粒芝麻,小得很”。这份刻在骨子里的谦虚,如同他守望了一生的云图,纯粹而广袤。
当被问还想为气象卫星事业做些什么时,许健民的回答坚定且质朴:“把我的经验告诉大家。”
明年6月,国际气象组织奖将颁奖,期待许健民院士代表中国去领奖。
来源:新华网 新华访谈