当前位置:首页 > 风云人物

拓荒,在“星光”璀璨之前
——记中国科学院院士、风云卫星开创者之一曾庆存

发布时间:2020年10月07日08:44 来源:中国气象报社

中国气象报记者 赵晓妮 卢健

  2020年9月,坐在中国科学院大气物理研究所办公室里,2019年度国家最高科学技术奖获得者、中国科学院院士曾庆存,依然能清晰地背诵出32年前的那个清晨涌动在心头的诗句。

  那是他于1988年9月在风云一号A星升空时,凝视着璀璨光芒,为中国气象卫星写下的诗句。

  当时,距他踏上气象卫星研究之路已过去18年,在气象卫星遥感领域做出了开创性和基础性的贡献。而此后30多年,无数后辈又沿着拓荒者披荆斩棘开辟的土地,走出一条光荣之路。

  卫星气象研究

  必然中的偶然,偶然中的必然

  回忆起50年前风云气象卫星发端时的情景,曾庆存说:“搞卫星气象研究,对国家是必然的,对我是偶然的。”

  上世纪60年代,国际气象界变化的波澜涟漪正在向中国传导开来。1960年4月1日,美国发射了全球第一颗气象卫星“TIROS-1”(泰罗斯-1号)电视红外观测卫星,此后又接连发射多颗气象卫星,其气象预报水平得到极大提升。

  1967年4月,第一批3个世界气象中心在世界气象组织(WMO)第5次大会上被认定,分别位于莫斯科、华盛顿和墨尔本。彼时,中国尚未恢复世界气象组织合法席位。这意味着,全球气象资料通过三个世界气象中心分发时,中国是无法接收到的。没有足够的气象资料,就无法做出更准确的气象预报。中国在考虑通过外交关系和研发接收设备获取卫星气象资料的同时,问题和答案都越来越明朗。

  “最重要的是,中国需要发射自己的气象卫星。”曾庆存阐释道,当时尽管可以接收美国气象卫星过境时的资料,但当其离开了接收范围就无法获取;同时,如果要探察全球的大气状态,也必须要有中国的气象卫星。

  而在国内,发射气象卫星的迫切需求,还来自于更加切肤的刺痛。1969年1月,一场罕见的雨雪冰冻席卷了几乎半个中国,人们的生产生活受到很大影响。如果有气象卫星,人们能否更及时获取到临近气象灾害预警而降低影响和损失?

  1970年2月16日,周恩来总理签发中共中央、国务院、中央军委给上海市的专信,正式下达气象卫星研制任务。

  当年春天,在中国气象科学研究所一间“311”房间里,原中央气象局局长孟平召集气象局科技处、研究所、中科院大气所、二炮气象室等有关单位和部门召开会议。当时在大气所工作的曾庆存两次发言表示,“要有世界的眼光,必须要发射中国气象卫星。没有这个,不可能了解世界”。

  搞中国自己的气象卫星这件事,很快就确定并开展起来。会后,气象卫星设计总体规划组正式成立,为了保密,以“311”组命名。

  不久,曾庆存被中国人民解放军总参谋部紧急调任作为卫星气象总体规划组的技术负责人,期间既要领导该组搞总体设计规划等研究,又要探讨气象遥感等基本问题。

  “当时我也不懂气象卫星,但是国家需要,我必须要关注。”就像求学时因为国家需要而进入气象领域,曾庆存又踏上了一条新的拓荒之路。

  从一片空白中起步

  数年成果凝为一本书,几十年后依然闪耀光芒

  到上世纪70年代,尽管气象卫星的重要性是气象学界的共识,但从探究原理到要真正发射一颗气象卫星,依然面临一大堆待解难题。

  梳理纷繁问题,曾庆存和团队捋出几条主线:第一,气象卫星高度和轨道应该如何,怎样传输和存储资料?第二,地面站如何保障收到所有资料?第三,只是云图拍摄这么简单吗,温度、水汽、气压、风如何确定?第四,如何解决卫星姿态失稳的问题?

  解题的路径则分为两步:第一步是挑选探测内容,要保证能拍摄可用的卫星云图,并且开展垂直廓线探测。那时,美国已经成功拍摄云图,垂直廓线探测研究在国外也刚起步。第二步是攻关更为艰深的探测原理。

  气象卫星只能在大气之外对大气状态进行间接遥测,利用卫星和宇宙飞船等对地球或其他天体进行研究,大多也只能采取遥测的方式。因此,就必须研究遥测的规划问题、遥测的理论和技术以及资料应用的理论方法。对于气象学来说,这相当于开拓了一个新的分支——卫星气象学。

  不过,在解题之前,这支拓荒队伍面临的尴尬局面是:一切都是空白。

  “大家都不懂,但是都有很强的愿望要搞出来。我也不懂,必须要学。”曾庆存说,他到处找论文,看懂了以后刻成蜡版,再印刷出来给大家看。

  好在他拥有扎实的数学物理基础。1957年底至1961年初,曾庆存曾通过国家考试被选拔派遣至苏联科学院应用地球物理研究所作研究生,师从国际著名气象学家、苏联科学院通讯院士基别尔。曾庆存提出了“半隐式差分法”,是世界上首个用原始方程直接进行实际天气预报的方法,且沿用至今,奠定了当今数值天气预报业务的动力学框架。

  深厚的理论功底和严密的科学思维被融入了新任务。1974年,曾庆存将数年研究成果凝练成《大气红外遥感(测)原理》一书,终于解决了大气遥感的基础理论问题。

  这是当时国际上第一本系统讲述卫星遥感定量理论的专著,虽以红外和微波频谱法为主,但也涵盖了角扫描法、光散射法、掩星法等,将各种辐射传输方程统一作为“遥感方程”处理。特别是提出的“最佳信息层”等概念和方法,正确解决了遥感测湿通道的选取,至今仍应用于暴雨、台风等监测。此外,他提出求解“遥感方程”的“反演算法”,当前已成为世界各主要卫星数据处理和服务中心的主要算法,得到广泛应用。

  理论基础的稳扎稳打,使得中国卫星气象事业发展步履坚定。如今,国家卫星气象中心主任杨军谈起《大气红外遥感(测)原理》,依然盛赞“这本书到现在还闪耀着光芒”。

  20年后又30载

  为报中华好儿女,要攻科技更精尖

  从1970年起步,到中国人真正发射第一颗气象卫星,路途漫长。

  1988年9月7日4时30分,太原卫星发射中心,中国第一颗气象卫星风云一号A星成功升空。当时,尽管已经离开气象卫星领域,曾庆存还是作为中国气象卫星开创者之一被邀请到现场观看发射。

  “我看那个卫星‘轰’地一下升上去了,也是热泪盈眶啊。”爱好写诗的他难掩心中激动,心中已落下一行行诗句。

  后来,在卫星气象中心组织的原“311”工作组元老座谈会上,大家畅谈感想时,曾庆存便在黑板上写下《喜观我国气象卫星发射成功》这首诗——

  自1969年周总理指示我们也要放气象卫星,今近20年矣。有志者事竟成。

  功成有志慰先贤,铁杵磨针二十年。

  神箭高飞千里外,红星遥测五洲天。

  东西南北观微细,晴雨风云在目前。

  为报中华好儿女,要攻科技更精尖。

  这首诗里的深重感情,或许当时在座的大家都感同身受。

  回想18年前接到重任,当时曾庆存自己生病还得奔波出差,兄长重病需动大手术需要照顾和护理,无奈只能把妻子和幼子托寄于农村老家。为了沟通任务,团队里的人三天两头要往上海跑,忙得不分昼夜。有个大暑天,奔波在路上的他甚至昏倒在路上。

  但强烈的使命感,却不容像曾庆存这样的开创者们后退半步。“也许我们那个时代,思想很单纯,就希望我们中国强大。我们会全心全意地为国家奋斗到底。”

  此后又是三十余载。在中国风云气象卫星发展道路上,中国气象工作者经历了无数磨难与痛苦、希望与失望,当然还有喜悦和骄傲。

  风云一号A星带给人们的喜悦并未持续太久,第39天失控了。1990年发射的风云一号B星仅工作半年后也出现失控。

  经历痛苦的徘徊期后,中国人坚持将国产气象卫星发展之路走了下去。1999年发射的风云一号C星,实现了长寿命业务运行。1997年,风云二号A星投入运行,使中国成为世界上第五个拥有静止轨道气象卫星的国家……历经50年,风云气象卫星实现了两代四型高低轨两个系列共17颗卫星的研制和发射,共有7颗在轨稳定运行。作为世界气象组织全球业务应用气象卫星序列成员、国际空间与重大灾害宪章值班卫星,我国风云卫星还为全球防灾减灾提供不可替代的观测服务。

  如今,已经85岁的曾庆存依然奔波于气象事业。“你问我有什么话告诉后来人,我希望永远保持铁杵磨针的精神,要攻克科研难题,一定要高精尖。”他说,“国家需要什么,主动地去想,要站得高看得远。”

(责任编辑:丁茜)

  

  

  

扫一扫分享至朋友圈