遲艷艷

十多年前，為喚起世界對日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng)的重視.電影《后天》用超炫的特效打造出了驚心動(dòng)魄的災(zāi)難場景，呈現(xiàn)出氣候?qū)θ祟愅{的急迫性與全面性。21世紀(jì)初，幾乎在世界上每個(gè)角度都可以清楚感覺到地球氣候的異常變化，展開全球氣候變化研究刻不容緩。

近幾年，清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心副教授劉利的科研重點(diǎn)就放在對全球變化研究軟件工具的開發(fā)上，其帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的我國首個(gè)地球系統(tǒng)模式耦合器C-Coupler1得到了國際同行的一致認(rèn)可，把我國耦合器研究推進(jìn)到了世界先進(jìn)水平。

“學(xué)科交叉”求生機(jī)

地球系統(tǒng)模式是全球氣候變化研究最基本的工具之一，通過同時(shí)模擬大氣、海洋、陸面、海冰等氣候分量的變化及其相互作用，這一系統(tǒng)可用于研究過去氣候的演變規(guī)律和預(yù)測未來的氣候變化。劉利所負(fù)責(zé)研發(fā)的就是地球系統(tǒng)模式的核心部件之一——耦合器。

“耦合器連接了地球系統(tǒng)模式中的多個(gè)分量模式（如大氣模式、陸面模式、海洋模式和海冰模式等），能夠?qū)崿F(xiàn)分量模式間的并行計(jì)算，控制整個(gè)地球系統(tǒng)模式的積分模擬，并為地球系統(tǒng)模式研發(fā)提供一個(gè)易于分工協(xié)作的共享平臺?！眲⒗缡墙榻B他和團(tuán)隊(duì)的研究對象。

早在上個(gè)世紀(jì)90年代初，國際上關(guān)于耦合器的研發(fā)就已經(jīng)起步，其中法國CERFACS（歐洲科學(xué)計(jì)算研究中心）研發(fā)的OASIS耦合器和美國NCAR（國家大氣研究中心）研發(fā)的CPL耦合器最具代表性。與之相比，我國在耦合器自主研發(fā)方面卻幾乎是一片空白，很長一段時(shí)間，我國地球系統(tǒng)模式發(fā)展不得不依賴于從國外引進(jìn)的耦合器。這一局面直到2010年初才有機(jī)會得以改善。那一年，我國啟動(dòng)了“863”重點(diǎn)項(xiàng)目“地球系統(tǒng)模式中的高校并行算法研究與并行耦合器研制”，在楊廣文教授和王斌教授的共同支持下，劉利帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始研發(fā)耦合器C-Coupler，歷時(shí)4年，實(shí)現(xiàn)了我國自主耦合器從無到有的突破。

剛開始面對耦合器自主研發(fā)這一項(xiàng)任務(wù)，當(dāng)時(shí)處于博士后階段的劉利心中充滿了擔(dān)憂甚至恐懼，這一方面是因?yàn)橹笆陜?nèi)劉利一直在計(jì)算機(jī)專業(yè)求學(xué)，未曾接觸過地球系統(tǒng)模式，對于這一完全陌生的領(lǐng)域，可謂是“白紙一張”；另一方面是因?yàn)閯⒗谟?jì)算機(jī)專業(yè)求學(xué)過程中主要從事研究工作，僅對已有軟件代碼進(jìn)行過少量修改，未曾設(shè)計(jì)研發(fā)過軟件，對于軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā)，可謂是“白紙一張”?；蛟S正是因?yàn)椤鞍准埡脤懽帧保瑒⒗芸炜朔丝鐚W(xué)科從事科研容易產(chǎn)生的“水土不服”的問題。從最開始不知道如何入手、時(shí)常向地學(xué)專家詢問需要自己做什么，到形成自己的地學(xué)思維，他逐漸完成了由聽取需求，到提出需求，再到引領(lǐng)需求的轉(zhuǎn)變。

“我們也曾經(jīng)迷茫過”，劉利表示，C-Coupler小組一開始面臨的最大困惑在于到底是引進(jìn)已有耦合器做二次改進(jìn)，還是自主研發(fā)。經(jīng)過交流“碰撞”，組里最終取得了一致的決定：自主設(shè)計(jì)研發(fā)，獨(dú)立做自己的耦合器。

對走這樣一條道路，劉利感慨良多：“唯有獨(dú)立自主，才能自強(qiáng)自立。也正因?yàn)檫@樣才使得我們對耦合器的知識做全方位的、深入的學(xué)習(xí)，從而為耦合器的自主研發(fā)積累了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”

相對于國際上較成熟的團(tuán)隊(duì)研發(fā)體系，劉利所負(fù)責(zé)的C-Coupler小組實(shí)際上非常小。自2011年7月開始，組內(nèi)的成員除了他之外，還有兩位博士生，而且從2012年上學(xué)期開始，因?yàn)檫@兩名博士生還未發(fā)表過論文，他們參加耦合器研發(fā)的時(shí)間被限定為每年基本不超過3個(gè)月。反觀國外，美國NCAR耦合器CPL6由3家單位合力完成，（包括NCAR、Los Alamos實(shí)驗(yàn)室和Argonne實(shí)驗(yàn)室），其中NCAR團(tuán)隊(duì)中約有超過10名的固定工程師人員。“團(tuán)隊(duì)的規(guī)模小不僅增加了自主研發(fā)的難度，還給C-Coupler的推廣帶來了一定障礙”，劉利坦言團(tuán)隊(duì)面臨的困難。在向國內(nèi)模式團(tuán)隊(duì)推廣C-Coupler時(shí)，模式專家關(guān)心的常常不僅是耦合器技術(shù)，還包括團(tuán)隊(duì)的規(guī)模和人員的穩(wěn)定性等。

即便規(guī)模很小，劉利所在的團(tuán)隊(duì)依然能突破多個(gè)國際上耦合器研發(fā)所面臨的技術(shù)難題.對此，他充滿了感激：“一方面是因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)成員共同辛苦努力的結(jié)果；另一方面是因?yàn)樵陂_發(fā)過程中，北京師范大學(xué)、中國科學(xué)院大氣物理研究所和國家海洋局第一海洋研究所等兄弟單位的專家為我們提供了很多有關(guān)于耦合器的經(jīng)驗(yàn)、需求和建議，并提供了耦合模式版本以用于C-Coupler的測試。我們非常感謝他們給予的支持！”

堅(jiān)持淡定方能勝利

菲利普斯曾說過：失敗是成功之母。對此，劉利及其團(tuán)隊(duì)有很深刻的領(lǐng)悟。C-Coupler1共經(jīng)歷了兩次軟件設(shè)計(jì)研發(fā)，其中第一次以失敗告終，而第一次的失敗為第二次的順利進(jìn)行并取得創(chuàng)新成果奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

C-Coupler1的三維耦合功能和軟件的模塊化程度明顯優(yōu)于國際上其他耦合器；此外，C-Coupler是當(dāng)前世界上唯一能確保模式模擬結(jié)果可精確重現(xiàn)的耦合器及模式平臺，這是因?yàn)樵谟脩粲煤唵蚊钆渲媚Ｊ皆囼?yàn)時(shí)，C-Coupler平臺會自動(dòng)生成一個(gè)文件包以記錄試驗(yàn)的所有信息，這一文件包可為其他科學(xué)家精確重現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果提供保障。

當(dāng)前，劉利帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在著名國際期刊GMD（Geoscientific Model Development）上發(fā)表了3篇論文，這一數(shù)量甚至追平了歷史更為悠久、團(tuán)隊(duì)規(guī)模更大且更為一穩(wěn)定的OASIS組，這標(biāo)志著C-Coupler小組所取得的創(chuàng)新性得到了國際同行的認(rèn)可。

值得一提的是，除了耦合技術(shù)的創(chuàng)新，C-Coupler團(tuán)隊(duì)還追求代碼的“藝術(shù)”，“比如說，其他耦合器中實(shí)現(xiàn)耦合變量通信和插值這兩個(gè)基本耦合器功能的代碼有數(shù)千甚至上萬行，但在C-Couplerl僅有幾百行”。代碼的“藝術(shù)”將更有利于C-Coupler的可持續(xù)發(fā)展。

總結(jié)多年在耦合器研發(fā)過程中積累下來的經(jīng)驗(yàn)，劉利將最重要體會歸結(jié)為“堅(jiān)持和淡定”。他說，從發(fā)表論文的角度看，耦合器的研發(fā)是一個(gè)地地道道的“冷門”，要在“冷門”方向上做好工作，“堅(jiān)持和淡定”是必須的。

直到現(xiàn)在，劉利每天還是會拿出一些時(shí)間用在耦合器的研發(fā)上。而對于未來發(fā)展，他希望可以將對耦合器研究的這份興趣不離不棄地延續(xù)下去，以便將來可以做出更為先進(jìn)，且更具創(chuàng)新性，甚至原創(chuàng)性的耦合器。此外，還要把C-Coupler的后續(xù)版本推廣出去。他說：“論文在哪發(fā)表、發(fā)表多少篇并不重要，只有更多團(tuán)隊(duì)使用、真正促進(jìn)了國內(nèi)外模式的發(fā)展，我們長期的努力才算取得了初步成功”。

劉利還有個(gè)夢想，他希望C-Coupler的后續(xù)版本甚至能引領(lǐng)國際上其他耦合器的發(fā)展，雖然這個(gè)夢想有很大難度，但他堅(jiān)信：“只要不斷堅(jiān)持和淡定，就會有機(jī)會”。作為博士生導(dǎo)師，劉利也一直努力地將這份“堅(jiān)持和淡定”傳承給自己的學(xué)生，“要真正做到淡定，需要很高的境界和修養(yǎng)，我自己也還是很難做到足夠淡定”，為此，劉利和團(tuán)隊(duì)成員及學(xué)生們經(jīng)常共勉。

近期，清華大學(xué)校長邱勇在本科生畢業(yè)典禮上鼓舞畢業(yè)生要“堅(jiān)守初心”。作為清華大學(xué)2009年的博士畢業(yè)生，劉利也深深回味了這四個(gè)字，“我過去努力在做的、未來想做到的，難道不就是‘堅(jiān)守初心么”？除了堅(jiān)持和淡定，劉利的初心還包括實(shí)事求是、誠實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)、要做就做最好、長期堅(jiān)持奮戰(zhàn)在一線。盡管漫漫人生路上充滿了艱辛和誘惑，但劉利堅(jiān)信，只要能“堅(jiān)守初心”，無論會遇到多少困難，都將會有滿滿的收獲。