宋潔

從2014年的暖冬到2015年4月上旬長江中下游遭遇的“倒春寒”，氣溫出現(xiàn)忽高忽低的振蕩。地球究竟怎么了？厄爾尼諾（El Ni?o）現(xiàn)象（赤道中東太平洋海溫異常增暖）在2015年再度來臨，其影響席卷全球。

多年來，許多科學家都在致力于分析熱帶太平洋上層海洋變暖這一疑難問題，但由于缺少足夠時空分辨率的海洋觀測資料，對其時空結(jié)構(gòu)演變并不完全清楚，對El Ni?o實時預(yù)報更是一大挑戰(zhàn)?？蓮氖潞Ｑ罂茖W研究30年的張榮華，卻憑借其卓爾不群的科研才華，在海洋和海氣耦合模式發(fā)展與改進及氣候預(yù)測上建樹獨到。

不久前，美國哥倫比亞大學國際氣候研究所網(wǎng)站發(fā)布的厄爾尼諾—南方濤動（ENSO）預(yù)報模式中，就有張榮華所發(fā)展的中等復(fù)雜程度的海氣耦合模式（簡稱ICM），該模式自2003年以來一直為國際社會定期公布ENSO預(yù)報。如今，這一模式已以中國科學院海洋研究所（IOCAS）為名，成為我國首次在國際上亮相的ENSO模式（見圖 1）。

把脈厄爾尼諾的擾動

厄爾尼諾—南方濤動（ENSO）是發(fā)生在熱帶太平洋的最強年際氣候變率信號。ENSO雖然發(fā)生在熱帶太平洋，但通過大氣遙相關(guān)過程，會對全球天氣、氣候產(chǎn)生重大影響，是目前已知的全球大氣環(huán)流和天氣、氣候異常最主要的引導源和貢獻者，同時也對環(huán)境和社會產(chǎn)生深遠影響。張榮華說，通常情況下，厄爾尼諾事件只會持續(xù)6至8個月，但是2015年的厄爾尼諾持續(xù)期可能會增加一年或者更長，把海洋中巨大的熱量轉(zhuǎn)移到大氣中?！八越衲甑亩驙柲嶂Z若與已經(jīng)在逐漸升溫的全球氣候變化趨勢相結(jié)合，可能會讓全球變暖的趨勢加強，會把逐漸變暖的地球變得更熱?！?/p>

從上世紀70年代末以來，熱帶太平洋上層海洋出現(xiàn)了系統(tǒng)性的大范圍增溫現(xiàn)象，并伴隨著ENSO事件特性的改變（如振幅、振蕩周期、海表溫度異常首先出現(xiàn)區(qū)域及其以后的傳播方向等）而改變。

當時剛剛畢業(yè)的張榮華，利用美國NOAA海洋觀測資料率先從觀測資料分析中揭示出海洋次表層中熱帶海區(qū)和熱帶外海區(qū)存在的關(guān)聯(lián)， 特別是發(fā)現(xiàn)，自上世紀80年代以來熱帶太平洋上層海洋變暖和ENSO特性的改變可追蹤至70年代及其以前副熱帶、中緯度地區(qū)次表層海洋增暖現(xiàn)象，從而揭示出熱帶外地區(qū)對于自70年代末以來熱帶太平洋上層海洋變暖和ENSO特征改變中所起的重要作用。

他分析說，對ENSO現(xiàn)象的研究是年際時間尺度海氣相互作用的核心內(nèi)容，預(yù)測熱帶太平洋中ENSO事件的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)變過程是氣候動力學的關(guān)鍵性課題和探索年際尺度氣候預(yù)報最有希望的途徑之一。所以，研究ENSO的形成機理和演變規(guī)律以及及時、準確地預(yù)報ENSO事件的發(fā)生、發(fā)展和其對全球天氣、氣候變化的影響，是目前科學家乃至政府部門、社會公眾十分關(guān)注的重要科學和現(xiàn)實問題。

雖然，近幾十年來有關(guān)ENSO的研究已取得巨大進展，（如圖1中所示的已開展提前半年至一年的ENSO實時預(yù)報），然而ENSO預(yù)測仍然存在著很大的不確定性，不能滿足防災(zāi)減災(zāi)的實際需求。尤其是上世紀90年代以來，不同類型El Ni?o事件的頻繁發(fā)生使得ENSO時空演變過程變得更加復(fù)雜多變，其實時預(yù)報水平也面臨了更大的挑戰(zhàn)。如果能準確預(yù)報其發(fā)生和演變，無疑將給人類帶來益處。這一動因促使張榮華對ENSO的研究一直持續(xù)至今。

特別值得一提的是，近年來，他成功地發(fā)展了各類熱帶海氣耦合模型，并用于對ENSO這一地球上最強、最重要的年際氣候信號的模擬和預(yù)測研究，特別是開發(fā)了次表層海溫反演這一創(chuàng)新技術(shù)，并發(fā)展了一個中間型ENSO實時預(yù)報模式，自2003年以來一直為國際社會定期提供ENSO預(yù)報結(jié)果。

如今這個以中國科學院海洋研究所（IOCAS）為名的ENSO模式，曾以“Zhang ICM”或“ESSIC ICM”為國際學術(shù)界所熟知。這一卓著的成果不僅是對張榮華個人最大的肯定和褒獎，更是確立了我國在相關(guān)熱帶海氣耦合預(yù)報模式上的前沿地位。

在對ENSO歷史回報結(jié)果表明，這一模式在眾多預(yù)報模式中表現(xiàn)出類拔萃，已成為國際上預(yù)報厄爾尼諾較成功的模式之一，其預(yù)報結(jié)果為學術(shù)界廣泛引用。特別是對赤道太平洋2010?2011年間La Ni?a事件的預(yù)報中發(fā)現(xiàn)，幾乎所有預(yù)報模式都未能預(yù)報出2011年下半年間赤道太平洋所發(fā)生的二次變冷過程，但ESSIC ICM卻做到了，它準確地預(yù)報出二次變冷的發(fā)生和演變。事實勝于雄辯，這被公認為是預(yù)報這次冷事件最成功的預(yù)報模式之一。

教師情結(jié)

出生在江南的張榮華記憶中最深刻的就是，像極了小孩臉的雷陣雨，一會天晴一會下雨。天空的神秘莫測吸引了他選擇杭州大學（今浙江大學）氣象學專業(yè)，主攻天氣預(yù)報。畢業(yè)后，他考取了中國科學院大氣物理研究所的研究生，3年碩士和3年博士生涯，“很自然走上了科研之路”。

這一路走來，有三位老師深深影響到張榮華。對他們，張榮華滿是敬意和感動。一位是杭州大學教授數(shù)值天氣預(yù)報的老師劉孝麟教授，也是他的大學畢業(yè)論文的指導教師?！皠⒗蠋煂W生特別好”，那個年代，各方面條件都不太好，以至于他和另外一位同學到浙江省氣象局實習時，學校往返實習單位的交通成了大難題。劉老師知道后，把家里的兩輛自行車都借給了他們，“整整用了3個月”，如果到學校晚了沒飯吃，他們就會被邀請到劉老師家蹭飯。如今張榮華是做海洋和氣候數(shù)值模擬的，但當時他是做氣象預(yù)報，劉老師的這門課連接了兩塊研究的精髓，為他后來做數(shù)值模擬和預(yù)報奠定了基礎(chǔ)。

都說大樹底下好乘涼，張榮華是幸運的，自己在碩士研究生和博士研究生階段遇到了科研上的領(lǐng)路人，并且都是學術(shù)大家。一位是海氣相互作用專家、中國科學院院士巢紀平（碩士研究生導師），一位是大氣動力學和數(shù)值模擬專家、中國科學院院士曾慶存（博士研究生導師）。他回憶說，當時在北京讀書時條件非常差，海洋學的相關(guān)教材根本沒有，所以，巢老師親自給學生寫講義，親自講授海洋環(huán)流動力學的課程。“巢老師自己也說，晚上備課到凌晨兩三點，第二天早上一早再給我們上課，整整講了一個學期”，“我現(xiàn)在手上還有他的好幾本手寫的講稿，有厚厚的一疊”。博士生導師曾慶存，在上世紀80年代就被選為中國科學院學部委員。“曾老師是留蘇的，發(fā)展了具有中國特色的地球系統(tǒng)模式，當時也是親自教授我們數(shù)值模擬理論和方法?！边@為以后開展海洋和氣候數(shù)值模擬研究打下了基礎(chǔ)。提到這些老師們，張榮華總是帶著感激之情。

科研成果斐然，讓學術(shù)界刮目相看

馬克思主義認識論認為，“實踐、認識、再實踐、再認識，這種形式循環(huán)往復(fù)以至無窮”。在科學研究中，也是如此的過程。張榮華在采訪中告訴記者，很多科學探索都是從自然界觀測中提煉思路。思路很重要，“從理解中結(jié)合學科的發(fā)展前沿，定量化以后再進一步提出理論或者數(shù)據(jù)模型，然后進行評估、回到觀測中去驗證、評估”。他們做一個數(shù)值模型，先是發(fā)現(xiàn)問題，然后改進，觀測驗證，再提高，再觀測驗證。

記者細數(shù)張榮華在海洋環(huán)流模式和氣候數(shù)值模擬等研究領(lǐng)域的專長：海氣耦合模式、熱帶海洋—大氣相互作用、厄爾尼諾—南方濤動（ENSO）數(shù)值模擬和預(yù)測、年代際海洋氣候變率、海洋反饋過程參數(shù)化及其對氣候模擬影響，依次展開的各項研究都沒有脫離海洋這個關(guān)鍵詞。

早在博士論文工作期間，張榮華在導師曾慶存院士等的指導下，針對海洋和海氣耦合模式展開研究，取得了重要成果。如在國際上率先發(fā)展了一個自由表面大洋環(huán)流模式，發(fā)展了一個基于海洋-大氣耦合模式的短期氣候異常預(yù)測系統(tǒng)。并且，他也發(fā)展了短期氣候異常預(yù)測方法，成功地發(fā)展了一個海洋—大氣耦合模式應(yīng)用于我國跨季度氣候預(yù)測，如成功地進行短期氣候異常（如中國的夏季降水、旱澇等）和全球氣候、環(huán)境變化等的數(shù)值模擬和預(yù)測研究。他個人因在海氣相互作用數(shù)值模擬與短期氣候預(yù)測方法等研究的突出貢獻，榮譽獎勵紛至沓來。1993年被評為中國科學院京區(qū)優(yōu)秀青年，1994年獲第三屆“趙九章優(yōu)秀中青年科學工作獎”特等獎，1990年獲日本科技廳 Fellowship Award，1998年獲中國科學院自然科學獎一等獎。也因此，受到特邀參加于2004年在上海舉辦的被稱之為“工程界奧林匹克”的世界工程師大會，并作了專題報告。他的這些創(chuàng)造性工作也為國家贏得良好的國際聲譽。

在美國學習工作的這段日子，他擔任了美國多個國家級科研項目的首席科學家。依托這些項目，他在科研上突飛猛進。1998年以第一作者身份，張榮華在世界頂尖學術(shù)期刊《自然》（Nature）上發(fā)表論文，并榮登《自然》雜志封面，文章以“厄爾尼諾變率： 熱帶外貢獻”為標題。同時他的成果被《華盛頓郵報》等美國主流傳媒進行了專題報道。1998年2月26日，《華盛頓郵報》發(fā)表了題為“ El Ni?o fluctuations may follow warm water flow”的專題報道，評價這篇論文“為熱帶太平洋上層海洋增暖及ENSO年代際變率這一疑難問題給出了創(chuàng)新的解釋”。

在海洋和氣候變率機理研究中，他探索了北太平洋海洋次表層海溫年代際變化。他從觀測資料分析中首先發(fā)現(xiàn)：起源于黑潮和中高緯海區(qū)的次表層海溫異?？呻S副熱帶反氣旋流渦向赤道地區(qū)傳播，進而可影響副熱帶和熱帶地區(qū)上層海洋熱力結(jié)構(gòu)，揭示出北太平洋地區(qū)海洋次表層海溫異常結(jié)構(gòu)和傳播特征以及中高緯海區(qū)與副熱帶和熱帶海區(qū)之間的遙相關(guān)現(xiàn)象。這項重要研究成果發(fā)表在《J. of Climate》雜志上，其分析結(jié)果被學術(shù)界廣泛引用。

近年來，在海洋和氣候預(yù)報、預(yù)測技術(shù)和方法研究中，他創(chuàng)造性地開發(fā)了次表層海溫反演技術(shù)、單個海表溫度方程的嵌套技術(shù)、利用衛(wèi)星資料進行氣候反饋過程經(jīng)驗參數(shù)化技術(shù)等，有效地改進了熱帶海氣耦合模式和地球系統(tǒng)模式。例如，他發(fā)展的ESSIC ICM準確地預(yù)報出2011年赤道太平洋海表溫度二次變冷的發(fā)生和演變，這一重要成果也讓張榮華以第一作者身份于2013年在《自然》子刊“Scientific Report”上發(fā)表論文。對此，美國海洋大氣管理局（NOAA）對2010?2011年La Ni?a事件預(yù)報工作發(fā)表了題為“Board of outstanding open problems”的專題報道。同時，作為美國海洋大氣管理局（NOAA）2012年度改進天氣和氣候服務(wù)的亮點也予以了報道。

又如，張榮華開發(fā)了海洋衛(wèi)星遙感資料應(yīng)用方法，利用衛(wèi)星資料改進熱帶海氣耦合模式和地球系統(tǒng)模式。他利用衛(wèi)星風場、海表溫度、淡水通量和水色等資料，診斷熱帶海洋過程對氣候反饋機理，并成功地進行有關(guān)氣候反饋過程參數(shù)化研究，有效地改進了熱帶海氣耦合模式和地球系統(tǒng)模式性能。特別是進行了淡水通量強迫、海洋生化過程加熱、熱帶不穩(wěn)定波（TIW）等物理過程在熱帶太平洋氣候變化和厄爾尼諾-南方濤動中所起作用等的數(shù)值模擬研究。在這個方向上，僅在2009年一年中，他就以第一作者身份在國際權(quán)威雜志上發(fā)表3篇SCI期刊論文，并獲得美國馬里蘭大學地球系統(tǒng)交叉科學研究中心（ESSIC/UMD）2010年度最佳科學家論文獎。這些重要成果張榮華也以第一作者身份于2015年發(fā)表在《自然》子刊“Scientific Report”上。

全職回國服務(wù)和人才培養(yǎng)

上世紀八九十年代，封閉多年的國門再次向西方打開，1994年，年輕的張榮華以訪問學者的身份遠赴美國國家海洋大氣管理局海洋資料中心（NODC/NOAA）交流學習。美國前沿的科學氛圍深深地吸引著這個求知若渴的青年，隨后，他又先后任職于美國羅德島大學海洋研究生院、美國哥倫比亞大學國際氣候研究所、美國馬里蘭大學地球系統(tǒng)交叉科學研究中心等，從助理研究員做到資深科學家。

誠然，有苦有甜亦生活。張榮華在采訪中也提到，剛?cè)ッ绹鴷r是以訪問學者的身份去的，“自己就像個孤兒”，全部都得靠自己。

在ESSIC ICM模式確立之前，張榮華光調(diào)試模式就花了6個月時間?！澳Ｊ讲缓媒?，有時候吃不香睡不好，我就會去打球放松一下”“突然有一天，靈感就來了”。他總結(jié)出經(jīng)驗就是，多聽報告多看文章，引用吸收再創(chuàng)新。

所有曾經(jīng)獲得的榮譽和獎勵都是自己科研之路上道道靚麗的風景，然而，在美國舒適的狀態(tài)卻留不住游子“回家”的心。“到美國20年，我一直保持中國國籍，是一直想到要回來”。實際上，從2008年開始，張榮華每年都會在國內(nèi)待上3個月以上的時間，如在國家海洋局第二海洋研究所、北京師范大學、南京信息工程大學當客座教授傳授知識，這種狀態(tài)一直持續(xù)了五六年，直到2013年全職回國。談到自己回國的初衷，他感慨萬千?！爸袊@幾十年，特別是近十多年在海洋研究上的發(fā)展太快了。”他記憶中，以前中國只有中國海洋大學，雖然在山東、廈門等沿海地區(qū)的大學也有海洋學院，但數(shù)量都不超過四五個。如今，光海洋大學就超過四五個，還有很多大學成立了海洋學院。并且，如今中國已然成為世界第二大經(jīng)濟實體，用在科研經(jīng)費上的各項投入也在不斷增加，特別是國家和山東省及青島市對海洋發(fā)展的重視，這是一個絕好的發(fā)展時機。