【我们兰大人】中科院院士黄建平:心有大我 百折不挠

日期: 2021-11-27 阅读: 来源: 关键词:

在兰州大学黄建平教授的办公桌上摆着四张特殊的照片,那是对他成长过程中有着关键影响的四位老师。从1978年考入大学时对大气科学一无所知,到1988年在兰州大学获得博士学位,一步步走上科学研究道路,黄建平认为自己对大气科学的热爱是一个逐渐形成的过程。

2020年复学复课后黄建平给学生授课

师者传承,如今黄建平自己也成了学生眼中极具个人魅力的老师,好像总有使不完的劲,对学生很少批评只有鼓励,每当学生有负面情绪时和他谈谈心,也总能被他的热情所感染、被他所正面引导。他培养了一支有理想、有追求、有朝气的“黄大年式教师团队”,成员互相支持、互相激励,大家“从不敢懈怠,甚至进步慢了都会觉得是退步”。

2003年,响应导师丑纪范院士“以国家需求为己任”的号召回国,从此黄建平扎根西北,变地域特色为科研优势,专注于半干旱气候变化研究,建立了我国首个半干旱气候与环境综合观测平台,研制了适用于极端恶劣条件下作业的移动监测系统;揭示了沙尘气溶胶影响半干旱气候的物理机制,开拓了干旱化的研究新思路;发现全球半干旱气候变化的新机理和加速扩张现象,揭示了大气物理过程与干旱气候变化耦合相互作用的新机理,形成了特色鲜明的物理气候学;提出了考虑历史气候演变的干旱气候预测新方法,并将这个新方法与流行病模型相结合,建立了世界上首个“全球新冠疫情预测系统”;开创了荒漠化和生态安全评估的新途径,构建了全球荒漠化和生态安全脆弱性指数,并预测了未来荒漠化和生态安全演变趋势。

一句真心的承诺、一次赤诚的选择,对应的是黄建平十八年的坚守奋斗。科学研究从来没有一帆风顺,更多的是心有大我、百折不挠。

“到西北去,为国工作”

回首自己这一代人的成长,黄建平觉得最幸运的是遇上了祖国不懈奋斗、飞速发展的时代,科技事业顺应祖国改革开放的步伐得到了前所未有的重视和发展。

1977年高考制度的恢复,改变了几代人的命运,这对黄建平和他的同龄人来说是难得的机遇。第二年,黄建平从西宁七中毕业后考入南京气象学院(现为南京信息工程大学)。面对这来之不易的机会,黄建平在大学里如饥似渴地学习,取得了大气探测专业和天气动力专业双学士学位。

毕业后,黄建平被分配到福建省气象科学研究所,端起了“铁饭碗”。祖籍福建漳平的黄建平,大学毕业后回到南方家乡工作是老家亲人们的夙愿,可他却并未止步于此。工作两年后,黄建平相继进入中科院兰州高原大气物理研究所与兰州大学学习,并成为丑纪范院士的第一个博士研究生。为了开拓自己的国际视野和思维,拓展新的研究领域,黄建平博士毕业后先后在北京大学,美国德克萨斯州A&M大学,加拿大多伦多大学等单位继续深造和工作。

2002年的圣诞节,黄建平盯着一封长达六页的信出了神。这是一封来自祖国的信,一封来自母校兰州大学的信,来信人是黄建平的博士生导师——丑纪范院士。在信里,曾经的恩师悉数了国内大气科学学科的发展现状,在信的末尾丑院士写道:“如果可以,希望你能以国家需要为己任,为国工作。”

恩师的来信让黄建平坚定了自己回国的决心,“和国内相比,国外的生活和科研条件好的太多。在国外生活工作的12年,生活悠闲,工作稳定,但总感觉成天隔着玻璃看天,缺少了自主意识,有梦想难以实现。”黄建平觉得只有回到自己的祖国,才能将自己学到的知识发挥到极致。

“我希望回国做最扎实的研究工作,选择回到兰大,除了我本人的西北情结外,更重要的是希望在这里实现自身价值。”黄建平说道。

带着理想和报国的激情以及对西北这片土地的眷恋,2003年,黄建平回到兰州大学。从此,他便扎根西北,为兰州大学大气科学学科的发展奉献了自己近二十年的心血。

筚路蓝缕 以启山林

2019年6月黄建平带领学生在塔中科考

回国后的黄建平出任兰州大学大气科学学院首任院长。尽管已有心理准备,但是在回到兰大以后,黄建平还是感觉到了巨大的压力。2004年以前,兰州大学大气学科,虽有深厚的学术积累,但师资力量薄弱、科研基础弱、科研经费严重短缺,甚至面临着一级学科博士点被“摘帽”的挑战。

黄建平没有退缩,他凭靠从事大气科学研究多年的经验,以科学家独到而敏锐的眼光,看到了这里独特的科研优势。他认为,甘肃毗邻青藏高原,地处中国干旱半干旱区的典型位置,是研究气候变化的天然试验场。如果在这里开展最为基础的气候与环境监测,应该能做出一些原创性的成果。

为了改善科研条件、发展壮大学科,黄建平决定从建设观测站的基础工作入手。“想要获得一流的研究成果,就必须从观测入手,拿到第一手的观测数据。不然只能使用国际通用的模型与一些发达国家的观测数据进行研究,但这些并不一定都符合我们的实际情况,研究结果自然很难有所创新发展。”

经多方考察选址,决定将观测站建立在榆中校区的萃英山顶上。那时榆中校区刚刚建成不久,通往萃英山的公路尚未修好,新购置的观测仪器只能由黄建平团队的同学们用人力车沿小路一步步拖拽上去。大气科学学院高级工程师闭建荣是2002级学生,他的本硕博都在兰州大学大气科学学院完成,对当时的艰苦仍旧记忆犹新,“寒冷的冬天,平房里没有暖气,靠煤炉取暖。但不管多苦多难,黄老师都和我们同吃同住在山上。”闭建荣回忆道。

正是在这样不懈的努力下,按照国际标准建设的“兰州大学半干旱气候与环境观测站”(SACOL)终于在2005年建成并投入使用,同年被批准加入国际能量和水分循环观测计划(CEOP),这在当时是全国高校建设的第一个国际气候观测站,填补了我国西北地区气溶胶、云、降水、陆—气相互作用等长期连续综合集成观测的空白。

除了在观测站进行长期连续定点观测,黄建平及其团队成员也常常追逐风沙的脚步,进行野外追踪观测,在沙尘里摸爬滚打。他们曾前往甘肃省白银市景泰县一处废弃农场进行沙尘天气观测,这里距离中国第四大沙漠——腾格里沙漠只有45公里。农场的宿舍里,团队成员常常一住就是一个多月,每天靠吃方便面、喝沉淀后的黄河水度日。黄建平回忆:“当时我们怕夜里仪器被偷走,会有学生在旁边帐篷里值班,而景泰夜间温度极低,为了抵御寒气侵袭,大家都穿上了军大衣。”

黄建平团队获国家自然科学二等奖后合影

在观测站获得的实测数据资料基础上,黄建平及其团队系统开展沙尘气溶胶传输特性研究,揭示了东亚沙尘气溶胶的传输路径,在国际上首次提出亚洲沙尘气溶胶半直接效应的干旱化作用。该成果荣获2013年度国家自然科学二等奖。

潜心育人 引领方向

在团队成员眼中,黄建平是一个“拼命三郎”,他养成了每天清晨5点起床的习惯,看文献、思考问题、给学生改文章,即便在出差途中也闲不住,不是看相关科研的书就是修改报告或文章,节假日也还在工作。

高强度的科研工作让他很少有时间陪伴家人,但令他欣慰的是,他已经培养出30多位优秀的中青年科研工作者,其中7位入选国家级人才项目。

王鑫是黄建平带出来的首届博士生,2010年他们在我国北方6省区46个观测点开展了大范围季节性积雪中黑碳含量的大型野外观测试验,这填补了我国在季节性积雪中污染物对积雪消融影响的研究空白。“基于实地采样观测有力地反驳了国外学者关于北极冰雪融化是我国的主要责任的无理指责。”王鑫说。

教师节与学生合影

团队中个人的成长,离不开黄建平摸索出的一套培养方式——将学习与科研工作紧密结合,建立“十年”培养模式。黄建平说,“我是在一开始的时候给了他们一个可以延续10年的课题。这个过程性培养不仅是指导完成毕业论文,而是在每一步的成长过程中,提供力所能及的指导和彼此尊重的沟通。”

黄建平会定期约学生散步,了解研究进展并解决他们的疑惑。在和李积明操场上遛弯过程中,黄建平给了还在研究生阶段的他一个研究方向:激光雷达云特性反演算法开发。

如同一双“透视眼”能够看清墙背后的东西,“在大气科学中,运用雷达接收的回波信号可以反演云层中的水滴数量、大小及其垂直分布等,进而可以推演出云层降水能力、云层对太阳辐射的削弱阻挡能力等,这对评估大气中的水循环、能量循环及其相互作用具有重要意义。”李积明说。

除了算法开发,团队也有人从事激光雷达的自主研发。在2006年跨专业保研考核的现场,黄建平就鼓励黄忠伟自主研发激光雷达。十几年过去,严重依赖国外进口激光雷达的情况明显改善,以黄建平、黄忠伟为代表的团队最终自主研发出多波段拉曼偏振激光雷达,不仅建立了覆盖“一带一路”沿线国家和地区的高精度、高分辨率气象灾害预报预警系统,还服务于铁路和物流运输,在全球气候变化研究等领域发挥着积极作用。

管晓丹从海气相互作用入手研究其对半干旱区气候的影响,葛觐铭专注于半干旱区沙尘气溶胶和云的气候辐射效应,于海鹏厘清半干旱区气候变化的主导因素并致力于气候预测研究,陈思宇从事数值模拟协助团队开发我国自主知识产权的数值模型……作为团队的带头人,黄建平一直引领着大家的科研方向,他们的研究已形成一个全课题组全程式参与的模式。

攀登科学高峰的路途从来都不是平坦的,每当学生们研究受挫时,“他总能照顾大家的情绪,像一个太阳一样鼓励大家去积极应对。”管晓丹笑着说道,“在我的印象里,黄老师从没跟我们发过脾气。”在黄建平的悉心教导与个人魅力感染之下,每每遇到重大项目,团队都能拧成一股绳,劲往一处使。

一直以来,黄建平都想要通过研究数据和结论来唤醒国际社会对于干旱半干旱区域气候变化的重视。他提出全球升温应控制在1.5℃以内,这一研究引起世界广泛关注。他解释:“全球升温2℃,我们西部地区、干旱半干旱地区就要升温4℃,很多的动植物就会死亡,农作物产量大幅度降低,河流会干涸。但如果控制在1.5℃,我们则升温3℃,虽然只相差1℃,但很多动植物就不会惨遭灭绝,这是非常重要的1℃。”

想国之所想 急国之所急

2019年底,一场突如其来的新冠肺炎疫情打破了新年的喜悦。武汉疫情形势严峻,看到全国人民都在支持武汉,黄建平觉得作为一名科研工作者应该做点什么。

起初,黄建平想亲赴武汉疫情一线,观测生物气溶胶。但在严密的疫情管控下,计划不能成行。每天看着不断攀升的感染人数和恐慌的民众,黄建平感到忧心忡忡,“明天又会有多少人感染?”“疫情什么时候能结束?”他希望能够从科学技术的层面,来回答这些问题。

黄建平想是不是能像气候预测一样建立一个预测系统,为全球疫情发展及时提供科学预测预警,为政府制定管控措施、医疗资源分配、交通出行和社会经济活动等提供重要参考和科学依据。

想到这里,黄建平马上给自己的学生打电话征求意见,“现在疫情很严重,有没有人愿意跟着我研发全球新冠肺炎疫情预测系统?”刚听到这个消息的学生有点懵,“当时就觉得非常不可思议。”一直从事大气科学研究的他们从未将自己与公共卫生、生物科学领域联系在一起。

黄建平还征求了课题组黄忠伟、陈思宇等老师的意见。虽然预测研究的前期需要做大量的工作,不知会遇到怎样的困难,可能会影响到他们目前的工作进展和毕业论文的撰写,但这一提议还是得到了师生们的积极响应。

一个临时团队组建起来,大家很快投入到系统的研发工作中。黄建平常常在笔记本上写下自己的想法,然后画成框图并拍成照片发给大家,利用微信和线上交流进行工作部署和分工安排。

“新冠病毒太狡猾,我们目前对新冠疫情传播的认识还是太少,要一个案例一个案例地看、一条传播链一条传播链地琢磨”,这两年黄建平总将这句话挂在嘴边,不断讲给每个预测组成员听。

想要构建出针对新冠疫情的预测系统,首先需要构建出针对新冠疫情的流行病学传播的新理论框架,量化全球尺度下各要素对于新冠疫情传播的贡献;其次将大气科学、流行病学、环境科学相关知识进行交叉,构建一个局部-区域-全球多时空尺度耦合的精细化疫情预报模型;最后将模型可视化,使公众也能看懂预测结果。

经过艰苦卓绝的探索、努力和不知多少次的失败,2020年5月,“全球COVID-19疫情预测系统”由兰州大学西部生态安全省部共建协同创新中心发布,基于动力-统计方法建立的《新冠肺炎疫情全球预测系统》在北京新发地、郑州、南京等地疫情预测中得到有效检验。

黄建平常说“做气候预报是全球尺度的”,这一次在抗击新冠疫情中,他又一次把原创性引领性的成果做到了全球尺度,在抗疫史上留下了他独树一帜的文章。黄建平就是这样诠释着大气人对祖国的热爱,用实际行动以身作则,以一位科学家的责任心和使命感言传身教,对学生们传授知识、培养能力、帮助他们塑造正确的人生观和价值观,以多年科研的真知和远见引领着他的团队和学生们在科学研究的道路上一路奋进。

“在这个过程中重要的不是获得的成绩,而是通过这件事,同学们真正体会到了什么是家国情怀,就是要用所学为国家做奉献,我想科学报国的道理他们一辈子都忘不了。”黄建平说。

在闲暇时间里,黄建平也会追最近的热播剧《功勋》。从风华正茂到垂垂老矣,功勋科学家无私奉献、赤诚报国,他常常被这些事迹所感动和鼓舞:“我出生在西北,所以无论有什么困难,也都想把它建设好,把所学献给这片土地,坚守只因热爱。”

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文:王耀辉,孔亚男,曹洁
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编辑:段晓耀
责任编辑:彭倩

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