“同志们!早上好!欢迎大家参加气象工作!欢迎大家参加干部学院的气象教育培训工作!”身穿黑白格子衬衫的丑纪范院士精神矍铄,缓步走到干部学院多功能教室前方,鞠躬致意,然后走上讲台,声音洪亮地向大家问好。
8月18日,干部学院举办了丑纪范院士报告会暨新时代科学家精神研讨会。干部学院于玉斌院长、郭彩丽副院长出席,50余位新入职员工及相关教师聆听了报告,9位教师代表发言,结合自身的求学、教学、科研经历,回顾了受教于和受恩于敬爱的丑老师、丑院长的一个个故事,畅谈了对科学家精神的理解和感悟。
即使是大气科学的基础理论研究,也不是象牙塔中的思维游戏,心中挂念的是刘家峡水库的库存发电量能不能满足兰州等城市需要?下一次降水过程,下游老百姓是否能平安无虞?数值预报500百帕位势高度的误差,是否会影响到台风路径预报,影响沿海城市安全?
气象工作关系生命安全、生产发展、生活富裕、生态良好,做好气象工作意义重大、责任重大,这既是总书记的殷殷嘱托,也是丑纪范院士多年科研教学的使命担当。胸怀祖国,服务人民的爱国精神,是科学家精神的核心特质。
家国情怀还体现在对优秀中华传统文化的阐释与传承上,在解释气象变量的可预报性时,丑院士生动地举出了《三国演义》中的例子:诸葛亮号称精通天文地理,能算定大雾,测准大风,但却不期五丈原天降大雨,说明了夏天雷阵雨的不确定性。还引用了《梁书·范缜传》,从日常现象的细微之处,洞察出不确定性无处不在的普遍哲理。
数值天气预报有一个根本性的缺陷,就是大量历史资料没有有效利用。预报员做预报的时候,不仅要看一个时刻的资料,也要看前面的几张图,还要看历史资料。如果数值预报也能学习人的思维方式,一定会取得进步。
就是这个看似简单的研究思路,却饱含着对科学发展核心问题的智慧和洞察。在这个问题的指引下,丑院士勇攀高峰、敢为人先、大胆创新,透过现象看本质,创新通过求解反问题的方式,为数值预报研究引入了新观点、打开了新局面。

一是将微积分方程初值问题,转化为等价的泛函极值问题,提出了数值预报中使用前期观测资料的具体实现方法,这个成果1962年发表在题为《天气数值预报中使用过去资料的问题》的著名论文中,丑院士因此成为了最早提出四维变分同化思想的气象学家,比国际上提出同一问题的时间早了10多年。
二是将古典初值问题,转化为微积分方程反问题,用历史资料反求参数,并使之与长期预报模式相匹配,建立了一个动力统计的季节预报模式,既FODAS系统的雏形。这些研究成果,不但具有极高的理论研究水平,而且在天气预报和防灾减灾服务中,也发挥了极大的实用价值和指导意义。
天有不测风云,这是古人就知道的道理。但科学革命让人类重新认识自然,并树立了“风云可测”的信念。19世纪末和20世纪初的大气科学家,相信大气运动归属于确定论的王国,遵从动力和热力学方程的指引,只要拿到足够多的观测资料,进行足够精确的计算, 就一定能准确预报天气变化。
然而,潘多拉的魔盒被美国气象学家洛伦兹打开,飞出了一只扇动着翅膀的蝴蝶:天气系统存在着随机性混沌,初值差之毫厘,预报就可能谬之千里。在美国做访问学者期间,丑纪范曾与洛伦兹一起工作。要回归“天有不测风云”,就要抛开传统确定论的思维,追求真理、严谨求实,为混沌系统建立完全不同的一套理论,这就是非线性动力学。
建立和完善非线性动力学,丑院士倾注了一生的研究热情和智慧。天气尺度的误差2天后会翻倍,中小尺度误差翻倍甚至只要几个小时。在科学“求实”的精神指引下,丑院士从不同尺度天气运动的误差增长率中,再次洞察到,天气预报本质上是一个信息问题,从信息理论的角度分析预报问题,用集合概率的方法应对它,开创了许多新的研究视角。
命运总是在不经意间做出改变人生轨迹的选择,1972年,丑纪范从中央气象局五七干校调到兰州大学,担任兰州大学地质地理系气象学专业教研室主任,并开始了长期数值天气预报的研究。
从湿润的南方到干燥的西北,从北京舒适的研究环境到兰州艰苦的科研条件,丑院士毅然服从组织决定,没有丝毫怨言。在艰苦的岁月里,丑院士淡泊名利、潜心研究,从1987年任兰州大学大气科学系第一任系主任,到2004年任大气科学学院名誉院长,丑院士为兰大大气科学学科的发展做出了卓越的贡献。
1990年回京任北京气象学院院长后,丑纪范院士一边组织在职人员高层次专业继续教育,一边继续指导研究生并开展科研工作,发表了一系列高水平的文章。丑院士推进了兰州大学和中国气象局干部学院在研究生人才培养上的深层次合作,在十余年的时间里,为气象部门培养了600余位高层次人才。
大气科学的第一次飞跃就源于一次重要的协作。1854年的黑海风暴,使英法联军在克里米亚战争中全军覆没。巴黎天文台台长勒弗里埃写信给欧洲各国气象学家,收集风暴前后的气象报告。当他把同一时间各地的气象情况绘制在一张地图上,风暴及其移动过程在地图上清晰呈现,天气学首次掀开了神秘的面纱。
中国的数值预报同样起源于密切的协同合作。丑院士还回顾了建国初,在恩师顾震潮的指导下,同中科院计算所密切合作,坚持事业要发展、人才需先行,在建国初就培养了我国第一批数值预报人才。在建国十年国庆献礼时,在我国拥有的第一台电子计算机上,用正压一层模式成功做出了亚欧和北半球的高度场预报。
丑院士在讲座中再次同年轻人回顾了这两个气象科技史的故事,充分说明集智攻关、团结协作的协同精神的重要性,对于大气科学家来说,既包括综合观测、网络通讯、分析预报系统的协同,也包括科学与技术领域的合作,政府与高校科研院所的配合支撑。
在研讨交流中,丑院士深情地回顾了他的恩师顾震潮老师,是如何指导学生读文献的 ,“他让我们把自己当做是Charney,假设这篇文章就是我写的,我怎么样向大家介绍我的工作,进展怎么样,还存在哪些问题。”
以行动感化人,以精神涵养人,丑院士把甘为人梯、奖掖后学的育人精神,传承了下来。丑院士的第一位博士生黄建平院士一直记得,与丑院士第一次见面就长谈了3个小时,读文献的方法、写论文的思路、做学问的技巧,丑院士都无所保留的详细道来。
“上课不看讲稿,公式现场推导”,在从兰州到北京的讲台上,丑院士已经讲了半个多世纪。丑院士用一堂堂精彩的课程,一篇篇文章,一次次谈话,教导和启迪了一代代的大气科学人。
在这其中,有中科院院士和中青年学人,也有探索奋战在工作岗位中的普通气象工作者,还有国际友人。37年前,后来任WMO第十四任秘书长的米歇尔·雅罗,在他的研究生毕业论文《历史数据在数值预报中的应用》的前言中写道:在此,我们谨向中国学者丑纪范致以敬意,他的理论为我们的研究奠定了理论基础。
