看“潮起潮落”:不变的兴趣和执着——访中国工程院院士、国家海洋局第一海洋研究所研究员、物理海洋学家方国洪
潮汐预报已经成为我们生活的一部分,但或许很少有人知道,海洋潮汐的预报方法来自我们青岛的一位科学家——中国工程院院士、国家海洋局第一海洋研究所研究员、物理海洋学家方国洪。
初见方国洪,花白头发一丝不乱,干净平整的白衬衣,一双满含笑意的眼睛,有着古稀老人少有的闪亮。尽管个子不高,身材瘦削,但是气场十足。虽然天气还有一丝凉意,方国洪却早已大敞着办公室的门等候记者。
今年78岁的方国洪,专注海洋潮汐潮流和海洋环流研究。他在国内最早应用数值方法于海洋研究,在国际上最早提出潮波变分数值模式,成果曾获得全国科学大会奖、国家自然科学奖、国家科技进步奖、中国科学院自然科学和科技进步奖等,2007年当选中国工程院院士。
20岁创立潮流分析规范
“进入海洋物理领域,是一个偶然。”方国洪笑着说。1959年2月,仅在南开大学物理系就读两年半的方国洪被抽调到刚刚组建的中国科学院河北分院工作,参与全国海洋普查,由此开启了他的海洋物理研究生涯。
“我是1959年5月从天津来到青岛的。当时我的工作任务是对测回来的潮流数据进行分析,工具与现在比显得十分落后,一台手摇计算机、一本《海洋学常用手册》和计算表格,但干得劲头十足。”追忆似水流年,方国洪思路十分清晰。
长期以来,我国潮流分析采用的是杜德森提出的海军部法。杜德森是英国皇家学会会员,从上世纪30年代至60年代是全世界潮汐学的一代宗师。但方国洪在实际分析中发现,海军部法存在缺陷。
通过繁复的推导,方国洪得出了适用于任意观测天数的分析方法,并且将算法尽可能简化,使得分析过程可以采用人工计算得以实现,并称之为准调和分析方法。这个准调和分析法提出后,随即被确定为全国海洋普查的规范方法,取代了之前采用的海军部法,并被纳入《海洋调查规范》、《港口工程技术规范》。
彼时,方国洪年仅20岁。一次出差到海军调访时,那里的航海保障人员见到他大吃一惊:“还以为方国洪是个老头儿呢。”忆起昔日的趣事,方国洪会心一笑。准调和分析法在1991年被列入国家标准,并在我国科研、教学、环境研究和工程设计中广泛应用,沿用至今。
开启潮汐潮流数值研究
初出茅庐的方国洪,就拥有质疑权威的勇气和底气。在完成了准调和分析方法之后,他又相继提出潮流永久预报新方法,其效率高于前苏联著名物理海洋学家杜瓦宁方法,使全海区、多层次的潮流区域预报成为可能,并完成了20余卷、5000余页的《中国近海潮流永久预报图表集》。
与此同时,为了得出没有观测资料海域的潮流参数,方国洪在上世纪60年代末开展了潮汐潮流的数值模拟。这是我国最早开展的潮汐数模工作,也是我国物理海洋学领域最早的、成功的数模工作,有的在国际上也是最早的,但由于当时各种原因其成果未能及时公开发表。
在潮汐潮流数值建模工作中,方国洪把观测数据和动力学方程结合起来求解,研发了国际上第一个潮波同化模式。方国洪设计了潮汐潮流动力学方程的数值计算方案,与中国科学院计算研究所、国家海洋信息中心等合作,于上世纪70年代初陆续获得了黄海东部、东海东部等未调查海域的潮汐潮流分布。经与历史上取得观测值比较,数值模式结果与实测具有很好的一致性。利用新的预报方法以及通过观测和数值计算获得的调和常数,方国洪等完成了中国近海潮汐潮流的大面积预报图表,至今仍被广泛使用。
专注海洋环流研究
“物理海洋中,最核心的领域是海洋环流。如果将大海比作人体,那么环流就如同血液循环一般,将营养物质输送过来,是一种慢变化……”上世纪80年代以来,方国洪的研究领域更加倾向于中国近海海洋环流。
方国洪是国际上第一个提出南海环流基本结构的科学家。依据“南海海水垂直结构与太平洋海水的相似性”,他认为,南海是太平洋至印度洋贯穿流的重要通道之一,并提出了太平洋—印度洋贯穿流南海分支的设想。“南海的域际环流就像一个巨大的空调,把较凉的海水输入南海,把较暖的海水输出南海,从而冷却了南海并影响周边大陆的气候。”方国洪用数值方法研究了南海域际交换与海气交换的关系,得出这样的结论:南海是一个热汇,年平均从大气吸收的热量值比全国电力装机容量要大80多倍。
“不同于潮汐的变化缘于月球和太阳引力,海流受太阳辐射、风、大气等影响,可变性强,而目前海流规律的研究尚不成熟,预报也不准确,更富挑战性。”虽然年近八十,但是方国洪的内心仍然充盈探索未知科学的热情,“过去我们研究黄海、东海比较多,而南海是我国四大近海中最大的海,对国民经济和国防建设有重要意义,我们正在继续与美国、印尼等科研机构合作,力争在南海环流研究中有更多发现。”
秘诀就是兴趣和责任
虽然方国洪潜心物理海洋研究近六十载,但是很难想象他初入此行却是缘于一次“意外”。
方国洪1939年12月生于瑞安莘塍一个知识分子家庭,父亲方德植担任过厦门大学数学系主任,是著名的数学家。方国洪自幼成绩优异,尤以数学见长。
“我读书好主要不是靠用功,而是靠兴趣。学习的过程就是获得新知识的过程,只要对新知识有强烈的兴趣,就能记得牢、学得好。当时我是住校生,除了白天上课,晚上自习做作业外,更多的时间用来看课外书,如苏联科学家撰写的《趣味物理》、《趣味天文》等。当时瑞安中学有一批非常优秀的教师。每门课,我都听得津津有味。他们传授的知识影响我一生。”
方国洪高中毕业时,醉心于当时的前沿学科——物理,盼望能参与到我国原子弹的研制,想不到却“下海”研究潮汐了。
“南开大学物理系是一流的校系,上南开大学对我以后的人生轨迹影响很大。”方国洪说。他在南开大学只读了两年半,1958年中国科学院河北分院在天津成立海洋研究所,当时学校要求方国洪中断学业“提前工作”,由此开始了他的海洋研究生涯。在兴趣和责任的引领下,这一做就是半个多世纪。
如今,方国洪著述等身。“我没有秘诀,只是兴趣和责任。”方国洪说,科学研究是件引人入胜的事,有了想法就想弄个清楚究竟,就忘了艰辛。一个问题,一定要多问几个为什么,看能不能有更多、更好的答案,这成了他人生的一种思维习惯。
在学生眼中,方国洪勤奋严谨地引领着他们向科学前沿迈进,其中不乏物理海洋学领域的中坚力量。方国洪的学生,国家海洋局第一海洋研究所副所长魏泽勋研究员说,“方老师工作非常勤奋,基本没有节假日,一直到现在。每周工作6天,只有周日休息一下。春节时,也经常只休息那么一两天。有一次发高烧,我们都劝他回家休息,他只是吃了点药,仍然坚持工作了一整天。有一年,他的脚扭得骨裂,也每天坚持上班,并且坚持去外地开学术会议,我们都很心疼,但拗不过他!”方国洪对待科研工作非常严谨认真,他的学生哪怕有一点疏漏、错误,甚至文章中的标点出现问题,他都能一眼发现,被学生称为“真是眼里容不得沙子”。
虽然临近退休,但方国洪每日都会早早到办公室开始一天的研究,日复一日自得其乐。方国洪的午饭都是自备的。记者出于好奇,要求看看他中餐吃什么。他打开冰箱,拿出两个小小的玻璃罐,一个里面盛的是炒菠菜,另一个盛的是几只小虾。“无非是头天晚上多炒一些,不过我的饭量还挺大的。”方国洪边说边打开一个不锈钢饭盒,里面有大半饭盒米饭。午餐后,他会在单位走廊里打打乒乓球,“只是喜欢,水平是业余级的。”说罢,他笑了。谈及即将到来的退休,方国洪很坦然,“我无所谓,可能更自由了。”
采访结束,方国洪对同为南开大学毕业的记者笑嘻嘻地说道,“任务完成了吧?小同学,再见。”
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