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静心倾听海洋的声音--记国家科技创新领军人才陈显尧教授

long8.vip:2018-11-22   来源:中国海洋大学   作者:冯文波   浏览次数:511

  在人类认识海洋的漫漫征途中,涵盖海水深度、温度、盐度、流速等关键元素的各类观测数据无疑是最重要的载体。有人将这些观测数据喻为认识海洋的“钥匙”“敲门砖”,而在中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室陈显尧教授看来,这些费尽千辛万苦得来的观测数据就是“海洋的声音”“大海的语言”。他的任务就是静心倾听海洋的声音,了解这些语言背后的深层含义,从而认识海洋,理解海洋。这项工作他已干了近20年。

  从西北内陆到黄海之滨

  陈显尧祖籍在甘肃岷县,1973年出生于洛阳。因父亲心中始终怀有一颗建设家乡的赤子之心,1984年,他跟随父亲回到甘肃,一待就是15年。

  高中毕业填报志愿时,陈显尧分别选了兰州大学、清华大学和南开大学的数学系作为自己的一、二、三志愿。老师和同学看了说,你这种选择如果第一志愿走不了,就真走不了了。“父亲希望我留在他身边”,陈显尧说。

  1990年秋,他被兰州大学数学系录取。1990年,为贯彻落实全国高等学校理科工作会议精神,保证西北地区在我国数学事业率先赶上国际先进水平的伟大战役中有充足的科研与教学后备力量,兰州大学数学系从当年招收的96名新生中选拔了28名优秀学生组成了“数学基础理论强化班”(教学实验班),对他们进行数学基础理论强化教育。陈显尧有幸成为其中的一分子。

  20世纪90年代的兰州大学数学系名师云集、声誉颇佳,不仅有“二陈一濮一开沅”(陈庆益、陈文塬、濮德潜和叶开沅)为代表的四大名家,还有郭聿琦、程昌钧等一批具有国际影响力的学术名师。时至今日,陈显尧依然记得著名数学家、半群研究专家郭聿琦教授给他们上课的场景,“郭老师是第一个用英文课本给我们上课的人,《高等代数》《抽象代数》都是他从国外带回来的”。

  日积月累,在兰大深厚文化的熏陶中,在各位名师大家的谆谆教诲下,加上个人的刻苦与努力,陈显尧奠定了坚实的数理基础,养成了缜密的逻辑思维习惯。本科毕业时,成绩优异的他获得了硕博连读资格,得以跟随程昌钧教授从事固体力学方面的学习。

  九曲黄河、漫漫黄沙。在西北生活的15年里,令陈显尧印象最为深刻的自然景象当属“沙尘暴”了。几分钟之前还是艳阳高照,几分钟之后已是昏天黑地,一度有南方来的同学被这种场景吓哭。

  1999年,陈显尧博士毕业。选择就业单位时,山东的校友建议他来青岛。四月的一个雨天,他乘坐火车抵达青岛。走出火车站的那一刻,他便被这温润的气候吸引了:坐在316路双层巴士上,沿着太平路、东海路一路向东,蒙蒙细雨、如烟似雾,那种场景他至今记忆犹新。在友人的带领下,他来到青岛的海边,这是他人生中第一次见到大海,烟波浩渺、浪花拍岸、海风习习,辽阔、包容、澎湃……忆起初见大海时的感受,他说:“在这之前我见过沙漠,去过草原,走过戈壁,虽在电视上见过大海,但真正面对大海的时候,我却无法用语言去描述它带给我的震撼。”

  因为这片海,爱上这座城,他决定留下来。最终成为了国家海洋科学研究事业的一员。

  乘数学之舟,驶入蔚蓝之门

  来青岛之前,陈显尧从未见过大海,对于海洋生物、海洋化学、海洋地质等涉海学科只是有一点浅显的认识,而对于物理海洋学却是一无所知。

  博士期间,陈显尧学的是固体力学,这与物理海洋学研究所涉及的大尺度流体力学差别很大。很长一段时间,他总想用数学的方式方法去解决海洋学的问题,“一不是主流方法,二解决的不是主流问题。”他说,最大的挑战还是观念固化,在长期数学和力学训练中养成的凡事都要有精确数值、准确答案的思维习惯也与海洋学领域奉行的“尺度分析”理论形成了不小的冲突。

  面对转行的挑战,他冷静应对,一方面向前辈和同事请教,另一方面认真查阅文献,及时补课。在刚开始入手时,他想做的是海洋中的反问题。这个方向是著名海洋学家Carl Wunsch教授提出来的。陈显尧在兰大所作的博士论文是固体力学中的反问题。他想,虽然学科领域不同,但科学研究的方法应该是相通的。可之后他发现,一般情况下,要研究反问题,需要比较深入地理解正问题,可是物理海洋学中,正问题还没有解决呢;而且,这些正问题比反问题更吸引人,更能激发人的研究兴趣。由此,陈显尧一头扎进了海洋学的天地。

  反问题的研究思路只是陈显尧涉足海洋研究的敲门砖,而真正让他下定决心从事物理海洋学研究的则是海洋的观测数据。在不断地接触海洋,研究海洋的过程中,他发现海洋的神奇和魅力全都体现在科研人员历经千辛万苦取得的那些观测数据中。这些数据,犹如一句句话语、一串串密码,诉说着大海的特征与规律,有时和自己想象的很接近,有时又大相径庭。每当译出这些语言、解开这些密码的时候,他总会有一种成功和海洋对话的成就感。受世界著名海洋学家、数据分析专家黄锷(Norden E. Huang)院士发明的经验模分解方法所提出的对待数据的观点启发,以及博士期间从事的科研方法训练,他渐渐摸着了从数据出发研究海洋的门道。

  陈显尧在国家海洋局第一海洋研究所工作了15年。在最美好的年华里,他实现了研究方向的转换,并且逐渐构建起了自己的海洋学知识体系,找到了适合自己的研究方法。这期间,他有幸与黄锷院士一起共事。老先生渊博的学识、敏捷的科研思维和严谨的治学态度皆令他印象深刻,特别是黄锷院士提出的经验模分解(Empirical Mode Decomposition,简称EMD)方法使陈显尧受益无穷。在陈显尧看来,这种自适应数据分析方法表面上看是一种方法或技能,其实质是科研人员对待自然现象、自然规律的态度。“尽管EMD方法至今不是物理海洋和气候变化研究的主流方法,但我几乎离不开这个思想。”陈显尧说。

  2014年初,中国海洋大学极地科学研究快速发展,急需有能力、有抱负、志同道合的合作者加盟,时任极地海洋过程与全球海洋变化重点实验室主任赵进平教授邀请他到校工作。谈及这位青年学者的优秀品质,赵进平教授首推“敬业”。“他热爱自己从事的科学事业,把绝大部分精力投入到科研工作中,这也是他能取得大成绩的原因。”赵进平说。来到中国海洋大学,陈显尧迎来了职业生涯的转折,从科研院所的研究员转变为一名大学教师。

  问道于碧海,静观风云变

  陈显尧时常觉得自己是一个幸运的人,有幸在40岁的年纪进入中国海洋科教的最高学府--中国海洋大学,有幸在这个“海纳百川、取则行远”的环境里结识一批志同道合的人,有幸从事自己喜欢的科研事业并有所创新和收获。

  进入中国海洋大学后,陈显尧开始集中开展海洋与气候变化的研究。影响全球气候变化的因素有很多,如大气环境、人类活动等,而陈显尧始终认为海洋扮演的角色更重一些,所以“海洋在气候变化中的作用”便成了他孜孜以求的研究方向。近年来,温室效应、二氧化碳排放、全球变暖等逐渐成为人们关注和熟知的热词。人们发现,尽管温室气体排放持续增加,全球气候系统也在持续吸收热量,但是全球表面温度却呈现出增暖减缓甚至停滞的趋势。部分全球变暖怀疑论者甚至由此质疑人类是否应该控制温室气体排放。

  许多气候学家也试图揭开这其中的谜团,学者们发现深层海水对热量的吸收是导致全球表面温度上升变缓的主要原因。但海水吸收的热量存于何处、什么时候、从哪儿、以什么方式再次释放出来?这些问题成为学术界集中研究的方向。经过长期大量的研究,学术界普遍认为是太平洋信风和副热带环流将表面热量输送至太平洋深层(300米以下),从而延缓了全球表面温度上升的速度。并指出过去十几年间的减缓现象主要发生在厄尔尼诺-拉尼娜振荡的时间尺度上,未来2-7年内发生的厄尔尼诺现象有可能释放出储存于太平洋深处的热量,使全球表面温度上升的速度得以恢复。

  陈显尧没有完全接受这一观点。在2008年前后,他通过对大量海洋观测数据的分析发现,过去一百多年间在全球表面温度持续变暖的整体趋势上,叠加着一个具有平均周期约为65-70年的多年代际振荡,这与大西洋海面温度的多年代际变化基本一致,这一冷暖交替过程很可能在一定程度上会减缓全球变暖的速度。当时这一想法与普遍认为的全球变暖的主流观点有些不同,他参与的关于这一多年代际变异的一篇研究论文也没有得到学界的认可和重视。

  陈显尧始终认为“观测数据是自然界的语言”,并坚信数据不会说谎。他从海洋温度-盐度和海面高度等一系列观测数据出发,坚持开展了海洋与气候长期变化的特征和机制研究。他从海洋出发,重点关注了海洋如何记忆气候长期变化的历史,如何调制气候长期变化的过程。在他和美国华盛顿大学Ka-Kit Tung教授的共同努力下,得出结论认为,过去十几年间,北大西洋经向翻转环流加强,向中深层海洋的热输送增强,减缓了全球表面温度上升的速度,从海洋热输送的角度解释了全球气候变暖“减缓”的原因。

  2014年8月22日,国际著名学术期刊Science以“行星中的热量分配导致全球变暖的减缓与加速”为题刊发了这一研究成果,并在世界海洋学界引发广泛关注和反响。英国《经济学人》杂志使用“深水炸弹”(depth charge)一词强调了气候系统吸收的热量向深层海洋输送的重要性,以及文章对气候变暖过程研究的贡献。著名气候学家Judith Curry在其气候论坛主页上评论道:“这篇文章展示了气候变暖减缓难题中的一个重要组成部分”。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)首席科学家 Rick Spinrad 博士在一次访谈中说:“这是一个非常令人振奋的新结果,将推动我们更好地认识和预测气候变化”。鉴于该成果成功解释了过去十几年间,在温室气体排放持续加速的背景下,全球表面温度增速放缓的原因和可能的动力学机制,并进一步凸显了大洋热盐环流在气候变暖过程中的重要作用,其成功入选2014年度“中国高校十大科技进展”,这在中国海洋大学历史上尚属首次。

  在此基础上,2017年6月,陈显尧又在Nature Climate Change发表了题为“1993-2014年间全球海平面加速上升”的文章,不仅更为准确地展示了海水受热膨胀、陆地冰川冰盖受热融化对全球海平面的贡献,也为人类科学制定沿海地区应对海平面上升的对策和方案提供了参考。面对他取得的系列成绩,当初引荐他进入中国海洋大学的赵进平教授说:“事实证明,陈显尧是一个出色的科学家,他正在为国家海洋科学的发展做出贡献。”

  “在一个宽松、自由的环境里,根据自己的研究兴趣自由探索”,陈显尧说,在中国海洋大学的四年里,他真真切切地体会到了校训“海纳百川、取则行远”的内涵。他喜欢上了这里,在这所大学给予他的自由与包容中,静心倾听“海洋的声音”,探寻着海洋的奥秘。

  海洋之大,当常怀敬畏之心

  作为一名大学教师,陈显尧不仅从事海洋科学研究,还承担着人才培养的责任。在学生王金平眼中,他是一位温文尔雅的导师,平易近人、不急不躁,指导学生定好选题之后,会给学生自由探索的时间和空间。“做本科毕业论文期间,陈老师每周都会有1-3次对我进行指导,他对待科研的态度、治学的精神,以及对我的鼓励与包容皆使我受益匪浅。”2014级海洋科学(中外合作办学)专业学生李心月说。

  谈及人才培养的心得,陈显尧用“选好题目、悉心培养、严格要求、传道解惑”作答。他表示,既然是“导师”,就要做好研究生的指导工作,如果带不好路,学生就走不远,甚至会半途而废或转行。“尽管我也是转行过来的,但我希望我的学生将来不要花太多的时间和精力去转行,而是带着浓厚的兴趣在这一研究领域走下去。”

  谁的工作都不可能一帆风顺,每当遇到“瓶颈”或卡壳的时候,陈显尧会用“走步”和“看电影”的方式为自己减压。对于前者,他笑称源自金庸在《笑傲江湖》中提到的“身健则心灵,心灵则易悟”,“身健我是做不到了,遇到难题的时候就起来活动一下,以前是往远处走,现在只能在附近转转了。”他笑着说。对于看电影,他说那时头脑不用思考,是一种完全放空和放松的状态。

  同海洋打交道近20年,对于这一片汪洋的感情,陈显尧说,没学海洋之前,海洋之大,没去想;学了海洋之后,海洋之大,没法想;去过海上之后,海洋之大,不敢想。日常生活中,在与女儿聊天时,他往往一开口就会提到北极的海冰、北大西洋的洋流、格陵兰岛的冰盖和家门口的海平面,女儿笑称这是“职业病”。他说,浩瀚海洋,记载了太多人类和地球的历史,我始终认为海洋是全球气候系统中最为重要的角色,只是我们的观测还没有那么长,还没有真正了解和认识海洋。在研究和认识海洋的过程中,他始终对这片蔚蓝心存敬畏。

编辑:荆春杰  审核:王雅冬