為海洋繪制"體溫"變化圖 30多歲研究員靠的是"笨功夫"
成里京(前)在開(kāi)展課題研討。
受訪(fǎng)者供圖
人物小傳
成里京,1988年生,山西呂梁人,中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員,主要從事海洋觀(guān)測數據處理和重建、海洋熱含量變化、地球系統能量和水循環(huán)研究。聯(lián)合國政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì )2019年發(fā)布的海洋和冰凍圈特別報告采用了成里京團隊的研究數據。2020年,他獲得“謝義炳青年氣象科技獎”。
成里京辦公室的墻上,掛有一幅全球上層海洋熱含量變化圖。圖上,一條曲線(xiàn)持續向上,反映了過(guò)去半個(gè)多世紀海洋逐漸變暖的情況。
“瞧,這條曲線(xiàn)直觀(guān)反映了人類(lèi)活動(dòng)對氣候變化的影響,為我們采取應對措施提供了科學(xué)依據?!背衫锞└嬖V記者。
曲線(xiàn)看似簡(jiǎn)單,背后卻凝結著(zhù)成里京團隊10多年的探索和積累。
訂正探溫儀數據偏差,破解海洋變暖速度估算難題
全球變暖,地球多余的熱量聚集在哪兒?科學(xué)研究發(fā)現,超過(guò)90%的熱量?jì)Υ嬖诤Q?。因此,觀(guān)察氣候變化,海洋熱含量變化是一個(gè)重要方向。然而,由于海洋觀(guān)測的歷史數據質(zhì)量不高,準確估算海洋變暖速度成為一個(gè)難題。
2009年,成里京進(jìn)入中國科學(xué)院大氣物理研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“大氣物理所”)攻讀博士學(xué)位。在導師的幫助下,他開(kāi)始了海洋拋棄式探溫儀數據偏差研究。
拋棄式探溫儀是測量海洋溫度的傳感設備,數十年來(lái),它一直是為海洋測“體溫”的主要工具。隨著(zhù)研究的深入,專(zhuān)家們意識到,這種“體溫計”記錄的數據存在系統性偏差。能不能研發(fā)出一套技術(shù)手段,將系統性偏差降到最低?
從數據底層開(kāi)始鉆研,成里京逐漸摸清了數據偏差來(lái)源。2014年,他提出了一個(gè)新的偏差訂正方案。此時(shí),國際上一些課題組也發(fā)布了類(lèi)似方案,同臺競技,成里京團隊的方案由于考慮因素更多、模型更完善,得到國際學(xué)術(shù)界的廣泛認可。
克服觀(guān)測數據偏差,新的挑戰不斷出現。成里京告訴記者,人類(lèi)觀(guān)測的海洋區域有限,且空間分布不均勻,僅憑現存數據無(wú)法描述海洋溫度變化全貌。成里京帶領(lǐng)團隊提出了新的數據空間融合方法,結合觀(guān)測數據和一系列氣候模型的模擬數據,充分利用海洋變化的時(shí)空相關(guān)性,填補了一些缺少觀(guān)測海域的熱含量數據空白。
在上述兩個(gè)研究基礎上,2017年,成里京提出了一個(gè)海洋上層2000米熱含量估計。研究發(fā)現,全球海洋過(guò)去60年變暖速率顯著(zhù)快于以往判斷,且海洋變暖在上世紀90年代后顯著(zhù)加速。
聯(lián)合國政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì )2019年發(fā)布海洋和冰凍圈特別報告《決策者摘要》,其中海洋溫度條目采用了成里京團隊的研究數據,這是該系列報告自1990年首次發(fā)布以來(lái)第一次使用中國學(xué)者的全球性氣候觀(guān)測數據。
“被引用,意味著(zhù)對我們研究的認可?!背衫锞└嬖V記者,起初國際上有學(xué)者質(zhì)疑其權威性,團隊用扎實(shí)的科學(xué)數據支撐回應了質(zhì)疑。
多年如一日與數據打交道,建立涵蓋多要素海洋數據庫
研究海洋熱含量變化需要更為準確的測算,相關(guān)的研究者不少,成里京為何能脫穎而出?
成里京給出了自己的答案:下“笨功夫”。
影響海洋溫度變化測算準確程度的因素很多,各個(gè)因素在不同海域、不同時(shí)間的影響千差萬(wàn)別。不只是拋棄式探溫儀,顛倒采水瓶、機械式探溫儀、動(dòng)物攜帶的傳感器等儀器記錄海洋數據時(shí)都會(huì )存在偏差。
有數據記錄以來(lái),人類(lèi)收集了總計1700多萬(wàn)條海洋溫度觀(guān)測廓線(xiàn),總數據超過(guò)1億條。只有盡可能地熟悉海量數據,與它們“朝夕相處”,才可能構建出科學(xué)的模型。
2009年到2014年,成里京在大氣物理所攻讀博士學(xué)位期間,天天與數據打交道。除了研究拋棄式探溫儀數據偏差,成里京逐一對各類(lèi)儀器數據展開(kāi)系統性偏差的溯源、建模、訂正工作。為高效識別錯誤數據,他梳理海量數據中不同類(lèi)型的錯誤數據,并逐一進(jìn)行標記。幾年間,他編寫(xiě)了上萬(wàn)行代碼,嘗試用不同的方法計算海洋變暖速率。
分析和處理數據,特別考驗耐心。成里京回憶,“程序或數據處理上,哪怕忽略一個(gè)小問(wèn)題,工作都可能需要推倒重來(lái)?!?/p>
越是具有挑戰性,越是激起了成里京努力探索的決心?!氨仨氉鼋?jīng)得起時(shí)間檢驗的研究?!背衫锞┩ㄟ^(guò)一遍遍地分析、處理數據,漸漸摸清了數據的“脾氣”。扎實(shí)的研究獲得了回報,成里京建立起一個(gè)涵蓋溫度、鹽度、層結、溶解氧等要素的高質(zhì)量的海洋數據庫。
“處理數據、構建模型投入時(shí)間長(cháng)、出成果慢,但做科研,就要認真做有分量、高質(zhì)量的成果?!背衫锞┱f(shuō)。
成里京團隊在《科學(xué)》等頂級期刊發(fā)表論文40多篇,相關(guān)研究成果被國際學(xué)術(shù)界廣泛引用,3次入選“中國海洋與湖沼十大科技進(jìn)展”,2021年入選國家“十三五”科技創(chuàng )新成就展。
扎扎實(shí)實(shí)培養科研團隊,為海洋氣象研究提供更多人才
如今,成里京組建了一支包括研究生在內10多人的團隊。團隊一方面繼續在海洋觀(guān)測數據方面深耕,為這一領(lǐng)域研究者提供技術(shù)支撐;另一方面不斷探索海洋氣象的重要科學(xué)問(wèn)題。
科研之外,成里京把很多精力放在了培養學(xué)生上?!拔覀儧](méi)有周例會(huì ),同學(xué)們隨時(shí)可以找我交流,我和大家一起成長(cháng)?!背衫锞┱f(shuō)。
在博士生潘玉瑩看來(lái),對科學(xué)研究,成里京總是精益求精。2021年,她下很大功夫寫(xiě)了一篇關(guān)于海洋熱含量季節變化的論文,自認為比較滿(mǎn)意后提交給成里京。不久,成里京找她細致分析,對有問(wèn)題的內容一一給出中肯的修改意見(jiàn)。經(jīng)過(guò)反復修改和數據整理,兩年多后這篇論文才最終完成并發(fā)表。嚴格的學(xué)術(shù)訓練讓潘玉瑩收獲很大。
成里京扎實(shí)做研究的治學(xué)態(tài)度也影響著(zhù)學(xué)生們。從本科四年級到讀博士,譚哲韜一直專(zhuān)注做海洋溫度、鹽度觀(guān)測數據的質(zhì)量控制系統,力圖解決不同測量?jì)x器、測量手段導致的數據質(zhì)量參差不齊的難題?!疤幚頂祿ぷ骱芎臅r(shí)很枯燥,有時(shí)甚至讓人產(chǎn)生了放棄的念頭,是成老師的鼓勵和幫助,讓我堅持了下來(lái)?!弊T哲韜說(shuō)。
經(jīng)過(guò)高強度訓練,譚哲韜快速成長(cháng),他主導提出的新一代海洋溫度觀(guān)測數據質(zhì)量控制系統獲得學(xué)術(shù)界肯定。該系統已經(jīng)在中國氣象局、中國科學(xué)院海洋科學(xué)數據中心等機構實(shí)現了應用,并有望在未來(lái)海洋溫度監測中發(fā)揮作用。
國內外對海洋和氣候變化的重視,為年輕的研究者開(kāi)展科研提供了條件?!八麄儗W(xué)術(shù)訓練底子好,國際視野開(kāi)闊,相信一定能形成更多原創(chuàng )性的成果?!背衫锞┱f(shuō),“過(guò)去,我們做研究以得到國際社會(huì )認可為榮,未來(lái)我們要爭做行業(yè)引領(lǐng)者,讓別人以得到我們的認可為榮?!?/p>
■記者手記
先苦后甜方結碩果
30多歲的成里京在海洋氣象研究領(lǐng)域取得了不小的成績(jì),靠的是什么?采訪(fǎng)中,記者體會(huì )到,舍得下“笨功夫”至關(guān)重要——從數據底層做起,多年如一日進(jìn)行瑣碎的數據處理并提出解決問(wèn)題的方案。正是這些從事基礎工作的“苦”,換來(lái)日后學(xué)術(shù)成就上的“甜”,才有了海洋氣候領(lǐng)域的研究新突破。
科技創(chuàng )新,尤其基礎研究周期比較長(cháng),是一場(chǎng)“寂寞的長(cháng)跑”,先“苦”后“甜”乃科研規律。倘若急于求成,熱衷“短平快”研究,雖能?chē)L到一時(shí)之“甜”,卻很可能因為沒(méi)有打牢基礎,最終在科研競賽中落在后面。期待更多科研人員可以像成里京一樣,甘于先“苦”后“甜”,為我國的科技創(chuàng )新貢獻更大力量。