扎根西北,触摸科学的蓝天

——记国家自然科学奖获得者黄建平和他的团队

2014.01.23 09:46
来源: 中国科学报     作者: 通讯员 张强
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兰州大学黄建平团队

黄建平在调试仪器。

  2014年1月10日,备受瞩目的2013年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行。黄建平教授课题组完成的“沙尘对我国西北干旱气候影响机理的研究”项目荣获2013年度国家自然科学奖二等奖。

  黄建平教授扎根西北,致力于半干旱气候变化的观测和理论等研究,是我国重大科学研究计划项目“全球典型干旱半干旱地区气候变化及其影响”首席科学家、国家杰出青年基金获得者、长江学者特聘教授、兰州大学大气科学学院院长。通过对我国西北地区沙尘气溶胶的直接、间接和半直接辐射效应的系统深入研究,黄建平教授在国际上首次明确提出了沙尘气溶胶半直接效应的干旱化作用,揭示了沙尘气溶胶对我国北方干旱化的影响和反馈机制。二十多年的科学研究和严谨敬业的治学态度是荣誉背后的积累和历练,西北干旱的气候陪伴了这条漫长且艰辛的科研之路。

  立足长远,打造一流平台

  2014年是黄建平教授担任兰州大学大气科学学院院长的第十个年头,十年前的他放弃国外优越的生活,回到母校着手筹建国内重点大学中的第一个大气科学学院,他激情满怀。2004年6月,学院建成,黄建平受聘出任院长。学院组建之初,诸业待兴,摆在黄建平教授面前的首要任务是改善办学条件,打造一流科研平台。

  兰州大学地处西北内陆,科研条件与东部高校相比有较大差距,这曾一度成为人才流失的主要原因。但是黄建平恰恰认为,兰州大学的科研优势正在于其气候环境。甘肃冬季雨雪少,寒冷时间长;春季升温快,冷暖变化大;夏季气温高,降水较集中;秋季降温快,初霜来临早。这种干旱半干旱区的典型位置,是研究气候变化的天然试验场,如果能够配备先进的仪器设备和观测条件,一定可以取得优秀的研究成果。

  为了改善科研条件,将“西北特色”与科研工作更好地结合,在中国科学院符淙斌院士的建议下,学院经过多方论证后决定在兰州大学榆中校区萃英山顶建立一个现代化的气候与环境观测站。观测站筹建之初,条件异常艰苦,符淙斌院士、吕达仁院士、丑纪范院士等多位专家、老师曾多次徒步登山选择站址;在公路不通的情况下,新购置的观测仪器都是同学们用人力车沿小路一步步拖拽上去的。2005年,按照国际标准建设的“兰州大学半干旱气候与环境观测站”(SACOL)建成并投入使用。该站涵盖气候、生态、水文、遥感和社会学等领域,在气候变化、土地利用、水资源利用、工业及城市污染、区域能量和水分循环及沙尘暴等方面开展研究,为我国西北干旱化趋势预测、评估和对策研究提供观测依据,同时也为“有序人类”活动的开展及生态效益评估提供实验平台。同时大气科学学院还研发了气候灾害移动监测系统,可以实时、动态地监测西北沙尘暴发生、发展及其输送过程。

  经过多年建设,黄建平领导大气科学学院不断完善软硬件设备,建立了较高水平的科研平台,也培养了一支高素质的科研人才队伍。学院目前形成了气候动力学和气候预测、大气动力学模拟、大气遥感与资料同化、干旱气候和灾害气象、环境评价与污染防治等十多个研究方向。

  追沙捕尘,潜心气候研究

  “兰州大学半干旱气候与环境观测站”建立后,对沙尘暴的监测变成一项常规性工作,填补了2003年以前我国西北地区气溶胶、云、降水、陆—气相互作用等长期连续综合集成观测的空白,为黄建平教授的研究团队开展半干旱气候变化研究奠定了坚实的基础。观测站位于海拔1970米的萃英山顶,这里缺水、交通不便。建站初期,因为山上没有互联网,在日常的观测工作中,为了防止资料丢失,师生们需要每天在连接校园和观测站的近600个台阶上来回穿梭两三趟。年复一年,朝而复始,这成为大气科学学院的传承。

  除了在观测站进行长期连续定点观测,黄建平教授和他的团队还经常追逐风沙的脚步,利用气候灾害移动式监测系统进行追踪观测。他们曾驱车前往距离腾格里沙漠仅45公里废弃的景泰农场进行沙尘天气观测,在被强风掀动的帐篷中,他们靠吃方便面、喝引黄河沉淀的水度日。那里常年干旱缺水,他们满脸尘垢,“连洗脸都是一种很奢侈的行为”。但是他们依然选择坚守,唯一的理由是:那里是理想的沙尘观测地。一方面可以为监测仪器提供必要的后勤保障;更重要的是在接近沙漠的地区,沙粒几乎没被污染,更有利于和SACOL站的监测数据进行对比验证。

  他们还曾深入甘肃民勤的荒漠地带,目睹“千里黄云白日曛”的苍茫景象。当大风裹挟着沙尘袭来时,全天空成像仪观测到的整个天际都是漆黑一片。“当时,正在进行观测的同学们因为沙尘暴太大,撤回住宿地方。”黄建平教授回忆说,“他们关上窗子、盖上被子、戴上口罩来防止沙尘暴的侵袭,可是袭击过后,还是被刮了满脸的沙子。”

  黄建平教授和他的团队就是这样在独具特色的西北地区进行艰苦探索,他们凭借坚持和努力获得了珍贵的数据资料,他们的执着精神和科研成果赢得了国内外同行的尊重和认可,兰州大学大气科学学院在国际学术界的地位也因此得到提升。后来他们受邀参与了多次国际科学试验:2007年,参与了太平洋沙尘暴联合观测试验(PACDEX);2008年春季,与美国共同进行了沙尘暴的联合观测。

  力耘而获,取得重大成果

  “勉之期不止,多获由力耘。”黄建平教授对“我国西北地区是研究气候变化的理想区域”的认定始终伴随着团队多年持续的探索。他和自己的团队长期坚守这片科研领地,辛勤耕耘,取得了令人鼓舞的研究成果。

  课题组率先对我国强沙尘暴、沙尘暴、扬沙和浮尘等不同类型沙尘天气进行区划,系统揭示了其时空特征、形成机理和变化规律;利用星载激光雷达资料研究发现了夏季青藏高原西北部无人区频繁出现的沙尘天气,并结合地基观测资料揭示了东亚沙尘清晰的三维传输路径和垂直分布特征;同时,针对气溶胶对气候的影响是目前全球变化研究的热点问题,但东亚沙尘对气候影响的研究几乎是空白的现实情况,黄建平教授带领的课题组利用获取的陆—气交换、云微物理特性和气溶胶等一手高精度观测资料,结合卫星等先进探测手段系统揭示了我国西北地区沙尘气溶胶影响干旱气候的直接、间接和半直接效应等三种主要途径,明确提出了沙尘气溶胶半直接效应的干旱化作用,为合理改进干旱半干旱区人工增雨作业催化技术,提高空中水资源开发利用效率,提供重要的科学依据和理论指导。该研究成果在国内外引起了很大反响,被Nature Geoscience和Nature Reports Climate Change选为研究亮点进行重点介绍;与此同时被联合国环境规划署出版的亚洲区域气候评估报告连文带图大篇幅直接引用。

  除了对沙尘天气进行重点研究外,黄建平教授及其团队还开展了其他独具特色的科学研究。例如,2010年黄建平教授带领团队进行了跨越中国北方6省大范围的积雪观测。此项研究的最大意义是发现了国外相关研究可能明显高估了中国地区积雪中的黑碳含量,从而高估了中国地区黑碳对全球变暖的贡献,并初步证明北极地区增加的黑碳含量主要来源并不是中国。后来,这项研究的结果被IPCC第五次报告两次引用,引起国际关注。

  黄建平教授驻足西北高原,带出了一支坚守我国西北地区的创新研究团队,与兰州大学大气科学学院的其他成员一道,克服种种困难,探寻科学研究的最前沿,作出了突出成就。他以半干旱区域特色气候变化问题作为研究对象,以最新、最有效的研究方法,通过广泛深入的国际合作,创造出令人瞩目的先进科研成果,有力地推动了半干旱气候变化的研究,使兰州大学成为国际上半干旱气候变化研究的重要基地。科研之路永无止境,团队的未来也一定是踏寻更多未知领域,为科学、社会和国家的发展作出更多新的贡献。

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