科研探索無止境 氣象萬千入夢來
——記中國氣象科學研究院大氣成分和環境氣象研究所研究員王宏

劉玉杰

王宏

多年來，隨著科技發展以及生產生活對天氣預報的客觀需要，我國天氣預報從僅有一兩天內的短期預測，發展到如今兼有跨季度、跨年度的長期氣候預測和即時系統預報。當前我國天氣預報不但能為日常出行和生產活動提供便利，更能為國家防災減災發揮積極作用。這一系列進步的取得離不開廣大氣象工作者的日夜辛勞和無私奉獻，中國氣象科學研究院大氣成分和環境氣象研究所研究員王宏就是其中兢兢業業、默默付出的一員。對她而言，從短期天氣預報崗位走向支撐天氣預報的關鍵技術——氣象模式研發工作的這十幾年，氣象風云不只變幻在天穹之上，更變幻在很多和她一樣奮戰在氣象工作各個領域一線人員的點滴積累里。

走進王宏及其研究團隊的科研世界，你會發現這是一個“看似熟悉又很陌生”的神奇科學世界：所謂氣象模式研發，就是一項為天氣預報提供支撐的系統工程。但事實上，氣象監測數據并不能直接服務于天氣預報，而是需要相關人員運用大氣科學專業的學科知識，特殊的數學、物理方程組將其完整表達出來，通過對方程組進行離散化、求解，并用計算機語言進行系統編程、計算得到定量預報，再結合天氣預報員經驗形成人們所熟知的天氣預報信息。

圍繞國家需求和氣象事業發展的需求，王宏十年如一日地致力于科技創新和對氣象業務的支撐能力的提升，在沙塵、大氣化學、霧-霾等氣象模式研發領域收獲了累累碩果，也在科研工作中培養了新一代氣象研究專業人才。但她一直反復強調自己只是千萬氣象工作者中的普通一員，這是一條充滿意義又充滿挑戰的漫漫長路，唯有奮楫篤行。

掌控人生 探索未知

回顧過往的人生歷程，王宏坦言：“我并不是一開始就堅定要走科研的路。”按照她自己的話說，她人生的前30年一直按部就班，未曾有過明確的職業方向。求學期間，她成績優異，沒有特別偏愛的學科，雖因機緣巧合而選擇了中國海洋大學的氣象類專業，但直到畢業都從未想過要從事相關領域的科研工作。認真完成學業是性格和習慣使然，最初從事與氣象有關的工作也只是順其自然。

大學畢業之后，王宏成為河北省氣象局一名短期天氣預報員，日常的工作是分析來自不同原始資料的數據，跟蹤能影響所在城市范圍以內的天氣狀況，進行短期天氣預報等。最初的兩年一切都很新鮮，任何有助于個人能力成長的事情她都樂意去學，也學得飛快，這是一段相對愉快的日子。但是一轉眼7年過去了，王宏驚覺自己幾乎每天都在重復同樣的工作，“未來就像一洼水塘，一抬眼就望見了邊際”，因此生出了要到外面再闖一闖的想法。

契機出現在1998年，這一年南京信息工程大學聯合中國科學院大氣物理研究所（以下簡稱“大氣物理研究所”）對外招收在職研究生，王宏因能力出眾而被單位推薦繼續深造。隨后她相繼以優異的成績完成碩士及博士學業，并于2004年加入中國氣象科學研究院工作至今。

其間王宏發表論文總計104篇，其中《科學引文索引》（SCI）論文93篇，核心論文12篇，總被引用量2100以上；主持國家重點研發計劃大氣污染專項、國家自然科學基金委重大項目課題、中國氣象科學研究院基本科研業務重點項目等國家、省部級和軍隊項目多項；作為主要技術骨干參加科技部“973”重大專項和中國氣象局“風云四號”科研試驗衛星在數值預報領域的應用示范等國家和部級科研項目多項；作為主要研發人員之一，先后獲得中國氣象局科技研發獎一等獎、中國氣象學會氣象科技進步成果獎一等獎。

在成果轉化方面，王宏主持的第四代航空數值天氣預報業務系統的相關研究已經成功應用至國家重要領域。她作為主要技術骨干參加“亞洲沙塵暴數值預報系統”和“中國霧-霾數值預報系統”，兩個數值預報系統均已在國家氣象中心和多家相關的省氣象局進行業務化運行多年，對沙塵暴預報和霧-霾預警、預報形成了重要技術支撐。

別看如今王宏的科研一帆風順，實際上，她進入大氣物理研究所之初并不自信。因為早年在基層工作的7年間，她幾乎從未接觸過氣象的前沿研究，反觀周圍，不是經驗豐富的前輩就是一直接觸前沿知識的年輕學生。幸運的是，她得到了這些前輩和同事的關愛與幫助，在他們的支持下，王宏咬緊牙關迎難而上。隨著對工作的逐漸熟悉，她不僅建立了科研的自信，而且在攻關過程中感受到了無與倫比的樂趣。自那以后，她才真正開始對科研產生了濃厚的興趣，并決定將這種充滿挑戰的工作作為自己畢生的事業，去探索更多的未知挑戰。

做學術研究，絕不能坐井觀天、閉門造車。王宏的博士時期正是一個開闊視野、走向專業化的積累時期。彼時她常常跟隨導師參與國際合作項目與學術交流。在學術交流過程中，她敏銳地察覺出自己與他人的差距在何處，并能夠從中汲取知識的養分，不斷充實自己，這為她后來的科研之路打下了無比堅實的基礎。

不久后，王宏研究揭示了取樣于中國沙漠的沙塵氣溶膠比目前通用的撒哈拉沙漠的沙塵氣溶膠具有更強的散射性，其不僅顯著影響東亞地區沙塵輻射強迫大小的評估，而且會影響改變陸地上空的輻射強迫的符號。這是國內外首次提出中國沙漠沙塵氣溶膠的獨特光學特性（與世界其他沙漠地區相比）以及對東亞沙塵射強迫計算的重要影響。研究結果被國際知名科學家作為國際沙塵輻射效應研究亞洲沙塵的代表工作與世界其他地區的工作進行了對比。

到中國氣象局數值預報基地工作后，王宏還作為主要技術骨干牽頭建立了亞洲沙塵暴數值預報系統（GRAPES CUACE/dust），在模式中實現了沙塵-天氣的雙向反饋的在線計算，由此對模式氣象場預報精度有所改進，在國內首次揭示了沙塵直接輻射對沙塵暴演變的負反饋機制。

向優秀前輩學習，積極交流，審視自我，一直是王宏獲得豐碩成果的重要訣竅，這不僅使她在求學過程中收獲滿滿，也令她在后來的工作中成長飛快。

集眾人所長 促效率提升

2004年博士畢業后，王宏加入中國氣象科學研究院/中國氣象局數值預報基地，這是我國大氣科學領域規模最大、學科種類最多的國家社會公益類研究機構之一，以研究災害天氣、數值天氣模式、天氣與氣候系統、雷電防護與大氣探測等為主攻方向。在這樣一個底蘊深厚、人才濟濟、綜合實力強勁的大家庭中，王宏獲得了又一次飛躍式的成長。

中國氣象局數值預報基地有著一周一次的例會制度。比起獨自鉆研，團隊交流顯然能夠更快更好地幫助個人發現問題，從而極大促進個人工作效率和團隊工作效率的提升。也正是得益于這種團隊模式，通過諸多優秀前輩的指導和同行討論，王宏在極短的時間內就取得了學術能力和數值預報編程的規范性學習等方面的長足進步。

“我們數值預報基地很多成員大多是數值模式領域專業水平非常高、造詣深的學者。”也許是因為面向業務化應用與科研院所、高校評價體系不同，這些高水平的科研人員雖專業積累深厚，卻往往多年默默無聞，他們是奔向遼闊大海的涓涓細流，看似微不足道，卻能夠匯成難以匹敵的洶涌波濤。

一位優秀的科研人員也許能將現有氣象模式系統進行部分功能的改進升級，但要自主進行全新的系統研發，絕無可能離開眾人的智慧和團隊的力量。因為氣象模式的研發工作并非僅僅涉及一類學科問題，而是涉及數學公式推導、大氣物理、數據分析、計算機語言等諸多專業領域知識。對此，王宏有著深刻的體悟：“氣象模式研發，一定是團隊的工作，而不是個人的工作。”

得益于中國氣象科學研究院大氣成分和環境氣象研究所環境氣象模式團隊的支撐，從2004年開始，王宏的研究方向從未變過，順著一個方向深扎下去，以“鉆得更深，學得更精”為目標。她說，多年以來，團隊的支撐和協作讓團隊成員們都能夠安心踏實地沉浸在研發工作中，而不必發愁“下一個項目去哪里承接”“經費不足”“研究方向有偏差”等問題，這對個人專業沉淀及團隊整體實力成長而言，是難能可貴的。

卓有遠見 甘嘗科研之苦樂

放眼國際，人們對于霧-霾的關注早在100多年前就開始了，很多國外知名作品都曾提及這一工業污染現象，如《霧都孤兒》《福爾摩斯》等。而在我國，霧-霾引起社會廣泛關注是從2011年年底美國大使館發布北京空氣污染信息開始的。事實上，早在2006年王宏等人就已經將目光投向霧-霾模式的研發，因此當霧-霾問題成為國內研究熱點之際，他們就已經完成了部分系統的升級優化，在國內這一方向上處于領先地位。

在國家自然科學基金項目“氣溶膠輻射對華北區域性持續重度污染天氣影響的模擬研究”開展過程中，王宏等人發現：華北區域性持續重度污染天氣發生時，PM2.5、PM10最大可達平時的幾十倍，對地氣系統的瞬時輻射變溫率非常可觀，顯著影響區域大氣熱力、動力和云結構，繼而對天氣預報的精準度產生不可忽視的影響。

王宏正在作學術報告

為了更為深刻、全面地認識華北持續性重度污染天氣發生、發展、維持和消亡的物理機制，提升中尺度污染模式對重度污染天氣PM1、PM2.5和氣象場等的預報精度，王宏團隊決定在中尺度污染氣象模式中融合氣溶膠實時預報濃度、光學特性和粒子譜最新觀測數據，建立不同種類氣溶膠的外部和內部混合方案，實現復合型氣溶膠直接輻射效應的在線計算，完成氣溶膠到云微物理過程的間接輻射效應的在線計算；同時在中尺度污染模式中實現復合型氣溶膠-輻射-云過程的完全在線耦合，模擬研究氣溶膠輻射對華北區域性持續重度污染天氣熱力、動力、層結特征、環流、云和降水過程的影響及由此引起的PM1、PM2.5等時空分布的變化。

“做模式研發是一件隨時可能讓人崩潰的事。”王宏這樣形容。此次工作不僅要進行單一的大氣化學模式的研發，還需要將我國自主研發的新一代全球/區域多尺度統一的同化與數值預報系統與之在線耦合，這意味既要重走兩個系統的全部制作流程，還要將大量數據和方程重新排列組合，要面對的是巨大的工作量和高難度技術難題。為了盡快推進研究進展，加班加點成為常事，甚至當研究工作進行到最為關鍵、難以為繼的時候，整個團隊的成員不得不時常工作至深夜。

過于忙碌的工作使王宏常常無法顧及家庭。女兒上小學時，常常被加班的王宏帶到辦公室，進入工作狀態后，身邊的孩子在做什么、學習狀態是怎樣的，她全然不知。身為母親，她對孩子感到萬分歉疚，但身為科研工作者，她問心無愧。對于女性科研工作者如何突破職業生涯天花板，王宏也有著自己的思考：“科研本無關性別，我們的工作中有大量的女同事，她們都能咬牙堅持、全力付出、圓滿完成任務、獲得同行的認可。她們所形成的榜樣力量，能為之后更多女性科研人員的就業和職業生涯帶去很好的指引。”

盡管犧牲良多，但無法否認，科研確實有讓人著迷之處。每當研究有所突破，王宏的心中都會涌現出其他工作無法帶來的成就感。“我們的模式完全是國內自主研發的環境污染預報模式！”對此，她無比自豪，并心甘情愿地付出：“科研工作的苦樂，只有身處其間才能有所體會。”

薪火相傳 繼往開來

延續此前的方向，王宏目前所主持的國家重點研發計劃項目“全耦合多尺度霧-霾預報模式系統”正緊鑼密鼓地開展。為了深入理解并合理量化霧-霾演變過程中組分、粒子譜、混合態和吸濕增長等對氣溶膠光學特性的影響，建立基于霧-相對濕度-霾相互作用的能見度新算法，也為了深入認識中國高污染背景下，氣溶膠-云/霧-輻射相互作用及其對環流和霧-霾的反饋機理，王宏及其團隊完全自主研發建立了全國—區域的霧-霾數值預報系統，計劃形成全國—重點區域—城市尺度的霧-霾數值預報能力。此外，他們還將基于中國高污染背景觀測的氣溶膠凝結核/冰核方案用于改進和優化模式中氣溶膠-云-輻射相互作用及其對霧-霾的反饋機制，實現以我國觀測研究為基礎的氣溶膠-云/霧-輻射-天氣的完全在線耦合。

構建精細化的動力學新理論和新算法；建立氣溶膠-云/霧-輻射相互作用的在線反饋機制；在中央氣象臺和華北、華東和華南地區建立國家級和重點區域聯動的多尺度霧-霾數值預報業務平臺，開展霧-霾聯合預報預警服務；實現霧-霾預報時效從小時到14天，霧-霾120小時預報準確率超過80%，5～7天預報準確率超過70%，7～14天預報準確率超過60%……未來幾年，這一項目研發工作都將是王宏及其團隊的工作重點，在氣象模式研發的道路上，他們還有很多未知的困難需要克服。

除技術研發外，教學也是王宏一刻也不敢松懈的工作。

經過多年的積累和沉淀，如今王宏早已成為年輕一代學子眼中的優秀前輩，從自身的成長經歷中，她凝練出了屬于自己的教學理念和教學方式。她不僅要求學生每月進行一次例會總結，并且時常教導他們：“不要為寫文章而寫文章。重要的不是‘博士’這個身份，而是要在科研的路上走更遠，科研的探索之路是永無止境的。”在她看來，作為一名即將踏上真正專業化道路的研究生，如果僅僅為了完成畢業論文而進行表面性問題研究，不去下苦功觸碰一個領域的核心技術問題，專業程度遠遠不夠。

王宏（右）與學生合影

“寫文章一定要有專業素養，讓他人能夠從你的文章中得到科學啟發。”王宏這種對于學生專業素養的嚴格要求是與導師石廣玉教授一脈相承的。在她的印象中，每次學生作匯報的時候，老先生都氣定神閑地坐在那里。“看他似乎在聽，又似乎沒在聽，可一旦誰出了錯，哪怕這錯誤毫不引人注意且無傷大雅，他都能立即發現。”“打住！”是王宏跟隨石教授學習的那幾年里，最常從他嘴里聽到的詞語之一。“他對科研的嚴格要求不僅體現在報告內容上，對報告的時間和方式也有嚴格標準。”至今，石教授當年的叮囑仍被王宏記在心里：“作報告時，首先要想到自己作什么樣的報告、你的聽眾是誰、主辦方給你多長時間。不是說上去就按照你自己的思路講，而是要根據這些因素進行調整。假如給你15分鐘作報告，你15分鐘講不完叫無能。在別人提醒你時，你還不結束就叫無德。”王宏始終牢記先生的嚴格要求，并一直在她后來工作中盡力堅持。

這些專業素養的養成體現在平時難以引人注意的細節之上，當年未曾思慮太多，直到如今自己也開始教導學生，王宏才對老師的良苦用心有了更為深刻的體悟。在人才的一代代更迭之中，也許每個人的教學方式各不相同，但優良的精神作風和教學理念總會牢牢地刻畫在光陰的車轍之上，永久地發揚傳承下去。

在接下來的歷程中，除了完成當前項目，王宏表示，她還會對此前工作進行系統總結，以期為更多優秀后來者奠定前進的道路基石，并繼續肩負屬于自己這一代人的責任與使命，去探索更遙遠的未來。