李明麗

彭怡然

氣溶膠應(yīng)該算是近幾年出現(xiàn)在科普領(lǐng)域里的高頻詞了。

從“臭名昭著”的霧霾顆粒污染物PM2.5，到澳大利亞森林大火形成的“火云”，再到近期因?yàn)樾鹿诓《緵_上熱搜的病毒飛沫。這個(gè)“調(diào)皮的小家伙”憑借其“魔幻神力”一次又一次地展露人前。但其實(shí)，人類對(duì)這個(gè)自然界中普遍存在的微小物質(zhì)還知之甚少。

“氣溶膠有很多種，我研究的只是其中的一個(gè)領(lǐng)域?！蔽∥W(xué)府，水木清華。清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系副教授彭怡然自始至終對(duì)大自然的神奇奧秘懷有一顆敬畏和探索之心。她和她所在的團(tuán)隊(duì)主要從事的是大氣物理方向下氣溶膠與云物理研究，意在通過(guò)數(shù)值模擬分析等現(xiàn)代技術(shù)手段揭開(kāi)氣溶膠對(duì)天氣和氣候的影響面紗。

坐看云卷云舒，靜聽(tīng)花開(kāi)花落。當(dāng)清華園中一名手持現(xiàn)代“利器”的女科學(xué)家與云、霧、塵、氣相遇，會(huì)擦出怎樣的火花？

沙和塵的相伴

“在現(xiàn)實(shí)生活中，你幾乎看不到它。它是懸浮在大氣中的塵埃，它無(wú)處不在。它非常微小，但有時(shí)候會(huì)很強(qiáng)大。它可能來(lái)自沙漠的塵土，也可能來(lái)自海洋逸散的海鹽，它可能從噴發(fā)中的火山而來(lái)，也可能在森林大火中形成，它可能從工廠的煙囪飛出，也可能是卡車排放的尾氣。氣溶膠可以做一些讓人印象深刻的事，就像把太陽(yáng)光反射回太空，可以給地球降溫，或者通過(guò)收集水汽來(lái)形成云朵；另一方面，一些氣溶膠顆?？梢圆东@陽(yáng)光并加熱空氣，從而防止云團(tuán)的形成。氣溶膠可能會(huì)造成化學(xué)反應(yīng)，破壞臭氧層；而在地球上，它可能會(huì)導(dǎo)致人類出現(xiàn)一系列的健康問(wèn)題……”進(jìn)入神奇的氣溶膠世界，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這里包羅萬(wàn)象，真正詮釋著大自然的宏觀與微觀——小顆粒，大不同。

北京女孩彭怡然與氣溶膠結(jié)緣始于20世紀(jì)90年代。那時(shí)，她以優(yōu)異成績(jī)考入北京大學(xué)地球物理系。未名湖畔，博雅塔下，大師云集，包羅萬(wàn)象。恰同學(xué)少年，風(fēng)華正茂。彭怡然記憶中的北大地球物理系，囊括了從天上到地下的很多自然學(xué)科，而他們直到大三才開(kāi)始分專業(yè)。在空天領(lǐng)域，上至浩瀚縹緲的宇宙銀河太空，中至火箭發(fā)射到空中幾百公里的空間領(lǐng)域，下至從地面到空中幾十公里的范圍，都有彭怡然的同學(xué)涉及其中，而她最終選擇了從地面到空中幾十公里范圍內(nèi)的大氣科學(xué)研究，只因“覺(jué)得它并不是那么遙不可及，而是與人類生活密切相關(guān)的，親切而實(shí)在的學(xué)科”。

抱著對(duì)大氣科學(xué)的好奇探索之心，彭怡然在大四那一年與氣溶膠有了“自然而然的第一次相遇”。因?yàn)楦S我國(guó)氣溶膠研究的先驅(qū)——毛節(jié)泰教授做畢業(yè)研究論文，那一年她接觸了一個(gè)關(guān)于沙塵氣溶膠的研究課題。彼時(shí)，相關(guān)研究在國(guó)內(nèi)尚屬空白，大家對(duì)氣溶膠的關(guān)心程度亦如一張白紙，而彭怡然卻對(duì)此充滿好奇。作為一名成長(zhǎng)在20世紀(jì)八九十年代的北京女孩，她對(duì)北京春秋時(shí)刻黃沙漫卷、突如其來(lái)的沙塵暴天氣有著深刻的記憶和體會(huì)。“我一想到自己的研究如果能夠?qū)徍捅本┥硥m暴天氣起到一定作用就覺(jué)得很不錯(cuò)?！痹诤闷嫘暮统删透序?qū)使下，彭怡然就跟著攻讀博士的師兄和師姐們跑到位于北京郊區(qū)的興隆天文臺(tái)開(kāi)始了她第一次的氣溶膠研究初體驗(yàn)，采樣觀測(cè)、記錄觀察……一點(diǎn)一滴的積累最終化成夢(mèng)想的種子，從此生根發(fā)芽。

因?yàn)橛星捌诘呐d趣鋪墊，大四申請(qǐng)到國(guó)外留學(xué)的時(shí)候，彭怡然毅然選擇遵從內(nèi)心，到加拿大戴爾豪斯大學(xué)從事氣溶膠方面的研究深造。就是在那里，她跟隨博士生導(dǎo)師，開(kāi)啟了用數(shù)值模式來(lái)模擬氣溶膠對(duì)天氣氣候的影響研究。如果說(shuō)北京大學(xué)帶給彭怡然的是興趣的啟蒙，在海外科學(xué)殿堂恣意翱翔探索的日子，為她打開(kāi)了一扇通往更廣闊探索天地的大門。難忘出國(guó)留學(xué)初期在語(yǔ)言溝通上面臨的挑戰(zhàn)，難忘第一次在國(guó)際學(xué)術(shù)大會(huì)上作報(bào)告時(shí)的青澀，難忘將多年研究成果展示在眾人前的那份成就感和自豪感……“當(dāng)你可以感受到這個(gè)世界上有那么多科學(xué)家和你一樣在關(guān)注同一個(gè)領(lǐng)域的問(wèn)題，而你又可以自由暢快地和他們探討，這是一件令人非常愉快的事情。”研究愈深入，彭怡然在相關(guān)科學(xué)研究領(lǐng)域里一直探索下去的愿望愈篤定。

團(tuán)隊(duì)合影

5年辛勤結(jié)碩果，2004年，彭怡然獲得加拿大戴爾豪斯大學(xué)大氣科學(xué)博士學(xué)位，之后前往德國(guó)馬克思-普朗克氣象研究所從事博士后研究工作。在那里，等待她的又是一次眼界和視野的開(kāi)闊。德國(guó)馬克思-普朗克氣象研究所擁有世界上最先進(jìn)的全球氣候模式之一，彭怡然前往深造的時(shí)候，這個(gè)模式已經(jīng)發(fā)展到了第5代。吸收先進(jìn)技術(shù)和理念，彭怡然不僅參與了一些與氣溶膠云相關(guān)的參數(shù)化開(kāi)發(fā)工作，還打破圈層，對(duì)海洋、生態(tài)等相關(guān)領(lǐng)域的物理過(guò)程有了更為深入、系統(tǒng)的了解，從而將自己的研究觸角伸到了地球系統(tǒng)模式。就像一張編織的大網(wǎng)，把上下研究的點(diǎn)成功串聯(lián)了起來(lái)。與此同時(shí)，最讓彭怡然獲益匪淺的是一項(xiàng)關(guān)于東亞沙塵氣溶膠模擬數(shù)值改進(jìn)的工作。結(jié)合東亞地區(qū)沙塵顆粒的特點(diǎn)，她和合作者修正了“出身歐洲”的模式對(duì)亞洲沙塵濃度模擬偏低的現(xiàn)象，使其更符合東亞的實(shí)際情況。將研究結(jié)合自己周邊的需要不斷調(diào)整改進(jìn)，彭怡然嘗到了研究惠及于人的成就感。

積沙成塔，集腋成裘，多年的學(xué)習(xí)積累不僅滿足了彭怡然探索氣溶膠神奇奧秘的好奇心，還為她之后將所學(xué)擴(kuò)展深入奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

云和雨的相遇

2007年，學(xué)有所成的彭怡然進(jìn)入加拿大氣候模式與分析中心從事博士后研究，并最終留在那里成為研究助理。加拿大氣候模式與分析中心是一家政府機(jī)構(gòu)，就此安定下來(lái)的彭怡然一方面繼續(xù)從事沙塵氣溶膠的模擬改進(jìn)工作，另一方面也開(kāi)始深入探索研究氣溶膠和云對(duì)大氣能量的影響，期間受同事啟發(fā)開(kāi)始將研究領(lǐng)域擴(kuò)展至輻射方面。她在中心使用的模式中開(kāi)發(fā)出了一套完整的沙塵氣溶膠的模塊，并將能量和輻射等因素融入其中，大大提升了模式的可靠性。至今，該模塊還在加拿大氣候模式與分析中心使用著。

雖然研究取得不錯(cuò)進(jìn)展，但在加拿大待了幾年的彭怡然總覺(jué)得“不太有歸屬感”，加之加拿大近年來(lái)削減相關(guān)領(lǐng)域的投入，與之相較，大洋彼岸的祖國(guó)卻在大力支持和鼓勵(lì)相關(guān)方面的發(fā)展。彭怡然深感回國(guó)的時(shí)機(jī)到了。

在2009年舉辦的哥本哈根世界氣候大會(huì)上，各國(guó)派出的氣候談判專家齊聚一堂據(jù)理力爭(zhēng)，中國(guó)專家置身其中，但因?yàn)樗岢龅挠^點(diǎn)都是用外國(guó)人的模式算出來(lái)的，深感發(fā)言沒(méi)有底氣。擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球氣候模式成為眾望所歸。2013年，在與國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者交流中，彭怡然了解到清華大學(xué)正在組建一個(gè)地球系統(tǒng)科學(xué)中心，而她的專業(yè)正是中心所需。天時(shí)、地利與人和，在跨出國(guó)門10多年之后，彭怡然踏上了歸程。

水木清華，鐘靈毓秀。與彭怡然的母校北大一樣，清華作為國(guó)內(nèi)最好的學(xué)府之一，聚集了一批國(guó)內(nèi)精英學(xué)者。置身其中，彭怡然很快就找到了家的感覺(jué)和努力前行的方向。立足國(guó)家和行業(yè)所需，她和團(tuán)隊(duì)其他成員一起致力于在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)出“清華聲音”，走出“清華模式”。

剛回國(guó)那些年，在經(jīng)歷了短暫的適應(yīng)性調(diào)整之后，彭怡然的科研很快步入了正軌。她將自己多年在海外積累的經(jīng)驗(yàn)和方法帶回國(guó)，憑借國(guó)家自然科學(xué)基金面上、青年和重大項(xiàng)目以及科技部重點(diǎn)專項(xiàng)等項(xiàng)目課題支持，在氣溶膠與云的動(dòng)力和物理過(guò)程及其在全球氣候模式中的參數(shù)化、氣溶膠對(duì)輻射和氣候產(chǎn)生的直接和間接影響等研究領(lǐng)域取得了卓有成效的成果。

太平洋上涌起的中緯度氣旋有可能會(huì)造成中國(guó)華北、東北甚至美國(guó)西海岸等地區(qū)的災(zāi)害天氣？氣溶膠暖云滴的冷卻能力或能抵消全球變暖帶來(lái)的升溫？京津冀地區(qū)的氣溶膠污染物或會(huì)影響該區(qū)域?qū)α髟平邓膹?qiáng)度？進(jìn)入彭怡然的氣溶膠研究世界，你會(huì)發(fā)現(xiàn)氣溶膠、云、輻射與降水等過(guò)程的模擬在全球、區(qū)域尺度上表現(xiàn)。描述氣溶膠和云對(duì)能量和水文循環(huán)的影響、了解氣溶膠-云-輻射-降水過(guò)程的相互作用對(duì)改進(jìn)天氣預(yù)報(bào)和氣候模式至關(guān)重要。雖然研究偏理論化，但堅(jiān)信見(jiàn)微知著的彭怡然依然醉心氣溶膠、云、雨、塵等物質(zhì)與能量的相互影響研究之中，樂(lè)此不疲。

在國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“氣溶膠影響暖云滴譜分布的離散效應(yīng)在全球氣候模式中的數(shù)值模擬研究”中，彭怡然及其團(tuán)隊(duì)關(guān)注到了氣溶膠改變?cè)莆⑽锢硖卣鲝亩绊懺频妮椛涮匦裕ǖ谝婚g接效應(yīng)）和降水過(guò)程（第二間接效應(yīng)），尤其是氣候模式對(duì)全球間接效應(yīng)的估算。“在暖云中氣溶膠的增多不僅會(huì)增加云滴數(shù)濃度，減小云滴尺寸，還會(huì)改變?cè)频巫V分布的寬度，這個(gè)效應(yīng)被稱為離散效應(yīng)。近年來(lái)有研究提出，離散效應(yīng)不僅在小尺度的云微物理問(wèn)題上值得注意，在氣候尺度的全球模擬中同樣不容忽視。”“當(dāng)前對(duì)離散效應(yīng)的理論認(rèn)識(shí)已經(jīng)較為充分，相關(guān)的參數(shù)化方案也有一定的發(fā)展。然而在全球氣候模式中，對(duì)于不同參數(shù)化方案的模擬效果，尚未完整驗(yàn)證過(guò)。離散效應(yīng)通過(guò)云和降水過(guò)程對(duì)全球氣候可能產(chǎn)生的影響，也缺乏系統(tǒng)全面的評(píng)估?！迸礅患捌鋱F(tuán)隊(duì)在全球氣候模式中評(píng)估了5種云滴譜離散度的參數(shù)化方案，將經(jīng)驗(yàn)性擬合方案和半解析物理求解的方案對(duì)云微物理、降水和輻射的影響進(jìn)行了詳細(xì)比較，并采用衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了評(píng)估。他們運(yùn)行多組模擬實(shí)驗(yàn)，量化地分析了離散效應(yīng)對(duì)氣溶膠第一和第二間接效應(yīng)的影響，獲得了較為可靠的間接效應(yīng)估算值，為減少氣溶膠-氣候效應(yīng)模擬的不確定性提供了一定參考依據(jù)。

在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目“氣溶膠對(duì)流云降水相互作用機(jī)理研究及京津冀區(qū)域模式應(yīng)用示范”研究中，彭怡然主要研究的是氣溶膠影響對(duì)流云微物理的參數(shù)化發(fā)展?；诰┙蚣降貐^(qū)的空天地多源觀測(cè)數(shù)據(jù)，她和團(tuán)隊(duì)綜合考慮對(duì)流云中的溫濕條件、云滴譜以及氣溶膠情況，合理模擬氣溶膠形成冰晶的核化過(guò)程，闡明了氣溶膠對(duì)冰晶形成的影響這一云物理研究的難點(diǎn)問(wèn)題。根據(jù)云室的冰核試驗(yàn)，他們開(kāi)發(fā)出適用于京津冀地區(qū)的冰晶核化參數(shù)化方案，并使用飛機(jī)觀測(cè)等數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模擬效果。運(yùn)行多組敏感性試驗(yàn)，他們分析和闡明了氣溶膠影響微物理過(guò)程等機(jī)制。開(kāi)發(fā)和改進(jìn)后的氣溶膠影響云微物理冰相過(guò)程的參數(shù)化方案將在業(yè)務(wù)模式中進(jìn)行示范應(yīng)用，預(yù)期可提高現(xiàn)有模式對(duì)降水的預(yù)報(bào)能力。

與學(xué)生集體出行

彭怡然與沙塵氣溶膠研究的緣分由來(lái)已久，從大四時(shí)初涉，到在德國(guó)馬克思-普朗克氣象研究所時(shí)結(jié)合東亞沙塵的實(shí)際情況來(lái)修正模式。到清華后，她成功申請(qǐng)到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“云微物理影響東亞污染性沙塵氣溶膠跨太平洋傳輸?shù)臄?shù)值模擬研究”。憑借過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)積累，彭怡然將關(guān)注點(diǎn)聚焦到污染性沙塵的可溶性及其在云微物理過(guò)程中濕沉降效率的改變上。基于一維氣團(tuán)模式對(duì)氣溶膠-云微物理過(guò)程的模擬結(jié)果，她和團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了清華大學(xué)氣候模式（CIESM）中沙塵與硫酸鹽氣溶膠（我國(guó)東部地區(qū)污染性氣溶膠的主要成分）混合后的濕沉降過(guò)程參數(shù)化，使得相關(guān)在線計(jì)算的方案比原有的簡(jiǎn)單方案更加合理。值得一提的是，他們還在清華大學(xué)氣候模式（CIESM）中引入了人類生產(chǎn)活動(dòng)排放的人為沙塵氣溶膠，同時(shí)也改善了模式在東亞地區(qū)細(xì)粒子沙塵氣溶膠模擬偏低的問(wèn)題，為進(jìn)一步改進(jìn)東亞沙塵跨太平洋傳輸量偏低的工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在線計(jì)算的沙塵與硫酸鹽混合后的濕沉降過(guò)程參數(shù)化方案可以為其他全球氣候模式所用。預(yù)期可以更準(zhǔn)確地模擬沙塵的傳輸和濃度，以及沙塵氣溶膠的氣候效應(yīng)等。

自然界的萬(wàn)事萬(wàn)物都有聯(lián)系，就像氣溶膠之于云是其形成的必要條件，而云之于雨也是一個(gè)必要的過(guò)程，它們相遇，成就了彼此。對(duì)彭怡然來(lái)說(shuō)，她與氣溶膠、與云、與塵的相遇相伴何嘗不是如此。何其有幸，她找到了一個(gè)能夠滿足她探索欲望的職業(yè)方向，而她能做的，就是保持堅(jiān)韌、初心，不輕言放棄?！拔也挥X(jué)得自己是什么成功人士，但我覺(jué)得堅(jiān)持把自己能做的事情做好，也算是一種成功。這是我的目標(biāo)，也是方向?！?/p>

感恩前行

如今，身在清華的彭怡然每天都過(guò)得很充實(shí)?！斑@么多年從事模式研究，深感它是一項(xiàng)需要群體協(xié)作的團(tuán)體性工作，而這也是我選擇到清華的原因之一。這里有非常強(qiáng)的計(jì)算機(jī)團(tuán)隊(duì)，除此之外我也得到了很多領(lǐng)域團(tuán)隊(duì)的幫助。我覺(jué)得從事科研的人都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是大家都特別有好奇心。這讓我們能夠很好地去溝通與交流?！蔽魃缴n蒼，東海茫茫，東西文化，薈萃一堂。融入其中，彭怡然找到了家的快樂(lè)感。

科研之外，讓彭怡然享受其中的，還有與學(xué)生的相處。“我其實(shí)很多時(shí)候不會(huì)把他們當(dāng)成是我的學(xué)生，而是能夠在平等交流中給予我不少靈感啟發(fā)的同行者?！边@樣的相處方式讓她和學(xué)生亦師亦友，激發(fā)研究興趣、啟發(fā)獨(dú)立思考、鼓勵(lì)勇敢嘗試、提高動(dòng)手能力……通過(guò)各種易于接受的方式，彭怡然在潛移默化中帶給學(xué)生很多不一樣的成長(zhǎng)。

細(xì)膩柔軟、常懷感恩，彭怡然在工作中將女性工作者的風(fēng)格發(fā)揮得淋漓盡致，上至給予過(guò)自己關(guān)懷和指導(dǎo)的校院領(lǐng)導(dǎo)、前輩，中至給自己提供過(guò)幫助的協(xié)作者、同行，下至朝夕相處中共同成長(zhǎng)的學(xué)生，點(diǎn)滴在心，感恩前行。

雖然研究偏基礎(chǔ)理論，但在彭怡然的心中，一直有一個(gè)研究惠及普通老百姓的夢(mèng)想，這也是她多年堅(jiān)持結(jié)合實(shí)際改進(jìn)模式的觸發(fā)點(diǎn)之一。最近幾年，她參與了不少與北京、河北、山西等地方人工影響天氣辦公室（簡(jiǎn)稱“人影辦”）合作的項(xiàng)目?！昂麸L(fēng)喚雨是人類一直以來(lái)的夢(mèng)想，人工影響天氣作為利用氣候資源和防災(zāi)減災(zāi)趨利避害的一種有效手段在水資源綜合管理、農(nóng)業(yè)抗旱減災(zāi)和重大活動(dòng)保障等方面發(fā)揮著重要作用，例如用飛機(jī)進(jìn)行人工增雨雪等，它可以通過(guò)向冷云中播撒碘化銀成冰劑產(chǎn)生大量的人工冰核，冰核轉(zhuǎn)化成冰晶進(jìn)入暖區(qū)后融化成為雨滴；或在暖云中通過(guò)向云中播撒適當(dāng)吸濕性物質(zhì)，設(shè)法增加大滴，啟動(dòng)和加速碰并過(guò)程，促使云水向雨水轉(zhuǎn)化……”根據(jù)人影辦提供的大量云物理相關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，彭怡然及其團(tuán)隊(duì)從數(shù)據(jù)中提取了一些規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)參數(shù)化方案且放到模式里，使得模式對(duì)中國(guó)地區(qū)氣溶膠、云的模擬更為合理、準(zhǔn)確。“人影辦的數(shù)據(jù)產(chǎn)品對(duì)我們的模式工作非常具有價(jià)值和意義，通過(guò)與他們的合作，我獲得了不少幫助，非常感謝他們?！崩碚摻Y(jié)合實(shí)際，支撐實(shí)際應(yīng)用；實(shí)際應(yīng)用反過(guò)來(lái)又促進(jìn)理論研究方向的調(diào)整，讓彭怡然的工作步入了良性的軌道。

亦如往常，將點(diǎn)滴記錄在心，感恩前行，彭怡然離自己的夢(mèng)想又近了一步。

未來(lái)幾年，彭怡然要做的工作也已經(jīng)清晰：“清華的氣候模式已經(jīng)取得階段性成果，我們已經(jīng)擁有了一個(gè)比較完整的氣溶膠模式，也參加過(guò)幾次關(guān)于氣候氣溶膠的國(guó)際比較計(jì)劃的評(píng)估，未來(lái)，我們準(zhǔn)備參加第六次全球模式比較計(jì)劃?！闭故厩迦A模式，發(fā)出清華聲音。彭怡然和她團(tuán)隊(duì)所做的事情這幾年得到越來(lái)越多同行的關(guān)注和了解。與此同時(shí)，他們探索、開(kāi)發(fā)的模式也在不斷完善中趨向成熟。

“探索大自然的神奇魅力在于奧妙無(wú)窮無(wú)盡，科學(xué)探索永無(wú)止境，我們的探索也永無(wú)止境?！睉驯剿鞔笞匀粖W秘的初心，坐看云卷云舒，靜聽(tīng)花開(kāi)花落，穿梭在云和雨、沙和塵的能量交換之間，彭怡然在她摯愛(ài)的氣溶膠的研究世界里找到了快樂(lè)源泉。