田濟揚：“看見”洪水的未來

衛婷婷

田濟揚前往意大利參加HIC會議

洪水是地球上最常見的自然災害，影響著全球成千上萬人的生活，每年約造成100億美元的損失。隨著科學技術手段的不斷進步，現如今科學家會通過建立洪水預報模型來對洪水進行預報，但由于洪水預報模型基本都是以“落地雨”作為輸入條件，結合觀測到的歷史水文資料確定相關參數，這樣的預報方案在中小流域洪水實時預報時，預見期相對較短，預報精度偏低。那么如何提高洪水預報的能力呢？這也是中國水利水電科學研究院高級工程師田濟揚一直在思考的問題。他以陸氣耦合作為洪水預報延長預見期和提高預報精度的突破口，將數值大氣模式與流域分布式水文模型耦合，有效延長了洪水預報的預見期，給匯流時間短的中小流域帶來了福音，為防洪減災提供了可靠的技術支撐。

最大的初衷

田濟揚是誤打誤撞學了水利水電工程專業。他報考山東大學時，并沒有選擇水利相關的專業，但命運似乎與他開了個玩笑，從未想過的專業卻成為他大學4年的主角。作為土生土長的山西人，他跨越了五百多公里的距離來到山東濟南，擺在他面前的是之前一點都不了解的大壩和堤防、水輪機和發電機、田間灌渠和城市管網，還有許許多多的力學難題。書本上的知識晦澀難懂，讓田濟揚一度也有了換專業的想法。

但很快，一場關于水利的學術報告改變了田濟揚最初動搖的心情。那是在大學一年級快結束的夏天，時任山東大學土建與水利學院院長的曹升樂教授作了一場學術報告，他從水資源的特點、重要性入手，詳細闡述了中國目前的水資源問題及其對經濟社會發展的影響。聽完報告的田濟揚心潮澎湃，他第一次感受到，水利并不是單純的力學和工程，而是一項與人民群眾幸福生活息息相關、光榮而又艱巨的事業。

以此為契機，田濟揚在大學期間，多次到曹升樂教授那里請教問題，請他解答疑問，逐步加深對水利的認識。“興水利、除水害是每個水利人的應盡職責，那么我能不能堅持下去，成為一名合格的水利人呢？”抱著這樣的想法，田濟揚決定考研，繼續深造。當時恰逢“十二五”水利發展規劃編制，領域里討論最多的莫過于農田水利建設。于是在曹升樂教授的引薦下，田濟揚選擇報考西安理工大學農業水土工程專業。

來到西安理工大學的田濟揚，在這里遇到了讓他受益終生的導師白丹教授。“白老師雖然不是業界大牛，但他對學生極其負責，我第一篇公開發表的學術論文，他前后幫我修改了5遍，每一遍都有批注和大量修訂的痕跡。”從那時起，田濟揚認識到要以嚴謹負責的態度對待科學研究，并開始有意識地培養自己對科學問題的探索與剖析能力，努力提高自己寫好科技論文的水平。在他的心里，白丹教授是一位嚴謹認真的科研引路人。

讀碩士的3年時間里，田濟揚主要從事滴灌灌水器的研發和田間灌渠的設計工作，這是一個非常實用而具體的研究領域，與他從曹升樂教授口中認識到的宏觀水利是如此的不一樣，這讓他有了一絲的迷茫。“我一直在思考如何才能對國內水利行業現狀有更深入的了解，并以此找到更適合自己的研究方向，思來想去，決定再換專業攻讀博士。”彼時，田濟揚研發的灌水器即將在新疆部分地區投入使用，應用前景廣闊，白丹教授著實為他選擇換專業感到惋惜。

田濟揚并沒有猶豫，但換什么專業，去哪讀博士呢？他犯難了。這時，他的一位本科同學建議他報考中國水利水電科學研究院。“他和我說，水科院是我國水利科技創新的排頭兵、國家隊，應該報考爭取一下。”抱著試一試的想法，田濟揚幸運地考上了中國水利水電科學研究院的博士。

讀博期間，田濟揚開始參與到國家級、省部級重大水利科技項目的研究中，他的視野逐漸變得開闊。“我現在的方向是博士二年級定下的，那時防洪減災是水利行業關心的重點領域，中小流域的防洪又是薄弱環節，更是研究的熱點和難點。”5年前，面對“十二五”水利發展規劃，田濟揚選擇了農田水利；5年后，面對防洪減災的國家號召，他選擇了洪水預報。“洪水預報研究是我至今仍然堅持的主要研究方向之一，我想以后也不會改變。”

田濟揚回首自己踏入水利科學領域的旅程，盡管選擇的方向一直在變，但都沒有離開水利太遠。他說：“滿足國家水利事業需要就是我最大的初衷。”

洪水的背后

每年汛期，我國南方暴雨洪災集中，局部地區洪災嚴重。對于一場在途的洪水，盡早預測其過境的時間和高峰，對及早部署制定防御方案，無疑具有重要意義。“為了提前做出判斷，我們需要提前把降雨預報出來，盡可能延長預見期，以便我們的防汛人員能夠及早部署，如果等到洪水來臨，再去做工作那就已經晚了。”田濟揚說，特別是對于匯流時間短的中小流域來說，延長洪水的預見期非常必要。

在洪水預報的發展歷程中，傳統的洪水預報模型是以實測降水為輸入條件，其預見期非常有限。要想延長預見期，最有效的方法是在降水未發生以前獲得降水預報信息，并盡可能提高降水預報的精準度。

于是田濟揚選擇了陸氣耦合洪水預報這一研究方向。理論上，陸氣耦合洪水預報旨在通過描述水與能量兩大循環，更為準確地反映降雨、蒸發、產流、匯流等水文過程，提高洪水預報精度，延長預見期。

研究的愿景總是很美好，但是在研究的過程中總會遇到意想不到的困難。目前擺在田濟揚面前的困難有三個。一是，同時研究氣象和水文的人很少。“你想既然是耦合，應該是兩方面都懂，才能把這項工作做好。但是關于兩者相結合的研究文獻，沒有我們想象的那么多，所以工作做得還不是特別深入。”對此，田濟揚頗感苦惱。忙里偷閑，他經常到南京信息工程大學，與那里的老師們進行交流。南京信息工程大學有“中國氣象人才搖籃”的美譽，在交流和溝通過程中，田濟揚總能碰撞出新的想法，收獲不少。

二是，目前的陸氣耦合往往是一種單向的耦合，大氣模型只提供輸出數據給陸面水文模型。而在田濟揚的理想構思中，陸氣耦合應該是一種雙向的耦合，大氣模式不但提供輸出數據給陸面水文模型，而且接受陸面水文模型的反饋。“但是因為雙向耦合模型結構非常復雜，它幾乎包括水循環和能量循環的每個過程，里面的每一個環節都需要考慮到，現有的數值大氣模式、陸面模型、水文模型之間還存在各種不兼容的問題，做到雙向耦合還有很長的路要走。”

第三個面臨的困難，則是一個世界性的難題。“高精度局地短歷時強降雨的預報能力難以滿足中小流域洪水預報的需求。”田濟揚提到了氣象學上很有名的一個概念“蝴蝶效應”，一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可能在兩周以后引起美國得克薩斯州的一場龍卷風。而短歷時強降雨難以預報的問題，就是目前科學家對氣象演化過程認識不足的體現。

講到這里時，田濟揚笑著說，其實從氣象的角度來說，目前降雨預報的水平已經比較高了。但正因為是陸氣耦合，需要站在水文的角度向氣象提需求，到底能不能滿足中小流域洪水預報所需要的精度。“只要突破了這些難題，陸氣耦合洪水預報就能向前邁一大步。”田濟揚堅定地說。

為了提升陸氣耦合洪水預報的精度，他也做了不少努力。“怎么提高降雨預報精度，數據同化是非常實用，而且非常有效的一個技術手段。”依托2020年申請到的國家自然科學基金青年基金項目“基于雷達數據混合同化的中小流域尺度數值降雨預報試驗與機理研究”，田濟揚采用預報降雨代替“落地雨”實現了陸氣耦合洪水預報，成功構建了雷達時空二維結構優化的數據同化模式，提出了以雷達為主的多源數據同化方法，并引入洪水預報實時校正技術，分別對降雨和洪水預報過程進行雙校正，使洪水預見期延長3小時以上，預報精度達到70%～80%。這些成果似乎都在昭示他離自己理想的目標更近了一步。

前往奧地利參加EGU會議

光明的未來

2020年，中國水利水電科學研究院承擔了國家重點研發計劃“國家山洪災害風險預警服務平臺關鍵技術研發與應用”。國家山洪災害風險預警服務平臺建立的主要目的是實現386萬平方公里山洪災害防治區、24萬個小流域和流域面積≥10平方公里所有山洪威脅對象全覆蓋，模擬精度和預警命中率大幅提高，在國家（水利部）及部分省份實現業務化運行，為多個行業提供山洪災害預警信息服務。

田濟揚也積極參與其中。“我負責了其中1個專題，專題名稱是海量站點實測降水與預報降水信息高效處理技術。”這個專題主要是解決目前地面雨量站監測數據的異常識別處理和多源降雨融合問題。田濟揚解釋道，對于雨量監測而言，地面雨量站比雷達的單點監測更準確，但是雷達更能準確反映降雨的空間分布特征，如果把二者融合起來，取長補短，就可以提高降水監測的準確性，也為雷達降水反演與預報結果的訂正提供思路。

如今田濟揚開展的各項工作正在穩步推進，這當然離不開研究室各位同事和團隊成員的共同努力。田濟揚很喜歡他所在的研究室。團結、勤奮、肯鉆研和執行力強，是他心中給研究室打上的鮮明標簽。“我們研究室總共20人，每個人都圍繞山洪災害防御展開相關的研究工作。”在項目進行的過程中，研究室中的每個人都沒有私心，考慮的都是集體利益，大家都可以跳出自己的專業，互相交流，互相提意見，一旦有了想法，就會馬上去執行，這些都給他留下了深刻的印象。“加班加到最晚的一定是我們研究室的人，去年我們研究室的合同額都接近一個億了，近年來成果豐碩。”田濟揚語帶自豪地和記者說。

研究室中的每個人都在努力，田濟揚自然也不能掉隊。“通過這幾年的研究，陸氣耦合洪水預報的精度逐步提高。”下一步，田濟揚的重點任務是建立一個較為完善的陸氣雙向耦合模式，用于中小流域洪水預報，繼續提高暴雨洪水的預報精度和準確性。

短期的目標已經非常明確，而長期的目標，田濟揚也有著清晰的規劃。機制方面，如暴雨形成機制、山洪形成機制等，尚不十分明確，研究應繼續跟進；技術方面，緊跟目前山洪監測與預警的新技術新方法，緊跟國際、國內發展的潮流與趨勢，把新技術新方法應用于山洪災害防御；應用與管理方面，當理論與技術都趨于完善時，應該展開對流域內洪水預報、風險評估、山洪預警的業務化應用，取得相應的社會效益，實現山洪風險管理的完美閉環。這就是田濟揚的最終目標。

為了實現最終目標，田濟揚絲毫不敢放松。曾經的他是一個喜歡唱歌、愛打羽毛球的人，但為了科研，過往的愛好都放棄了，田濟揚成為了一個在工位—床位間兩點一線的人。他有時會想自己為什么能做科研呢？“小時候，父親的嚴格要求讓我養成了坐得住、坐得穩的習慣，搞科研還是需要坐冷板凳的。”坐得住、坐得穩是坐有所獲的前提條件，靜下來才能理清頭緒，發現問題、解決問題。

因此，不管前面的道路有多坎坷，田濟揚都這樣告訴自己，要堅信自己可以走下去，要像“混凝土”一樣抗壓，像“水”一樣抗擊打，因為光明的未來就在不遠處。