天氣預報早就深度融入我們的生活。
你有沒有發現,這些年,天氣預報已不再是“晴轉多雲,局部有雨”,而是“下午幾點降雨,預計持續幾小時”,無論預報的準確率,還是更新頻率,都越來越高了。
這一切,離不開風雲氣象衛星。
今天,我們採訪的許健民院士,是我國“風雲”系列氣象衛星事業的開拓者、見證者。今年6月,他被世界氣象組織授予有“氣象諾貝爾”之稱的國際氣象組織獎。
許健民總説,雲圖要天天看。現在他已經退休,但在中國氣象局的大院裏,大家還能經常看到回單位“上班”、看圖的許健民。他背着一個駝色的帆布包,步子小卻邁得很快。
他為何癡迷看雲圖?讓我們跟着《大國院士》向許健民院士提問,一起聽他與雲圖、氣象衛星和天氣預報的故事。
(一)
80多歲了,為何還要天天看圖?
地球上所有天氣表現,都是大氣和雲運動的結果。用衛星監測全球風雲,就像給地球大氣做CT,一眼就能看出哪些地方將有壞天氣。
依據氣象衛星雲圖,天氣預報的準確性有了很大提升,可許健民也坦言,“氣像是複雜的系統,搞不懂的還有很多。”
小尺度對流,至今還是讓許健民覺得難預測準的一種天氣。以龍卷風為例,他解釋,“裏面的雲上來就開始旋轉,離心力、下梯度力之間的平衡關係瞬間被打破,大氣物理過程非常快,很難報出來。”
風雲瞬息萬變,要想摸透這其中的規律,及時準確做出預報絕非易事。雖然已年過八旬,許健民還在一直學習,一直研究。
“雲圖365天都要看”,是他堅持了一輩子的習慣。
全球氣候變暖,極端天氣增多,氣象工作者用雲圖觀測天氣面臨更大的挑戰。
“用數學方程式描述自然,需要簡化,但簡化時不能把本質問題丟掉,這就是我們要幹的事。”許健民説。
從2016年開始,許健民有意識地保存重要天氣過程的雲圖。如果哪天有事沒來單位,他還會把雲圖資料補上,甚至坐飛機,也會對着舷窗拍下雲的照片,落地後與衛星雲圖仔細對比。
他在對比什麼?許健民告訴記者,“我在想象大氣是怎麼運動的,一對比就能弄清楚大氣運動的物理過程。”
“提高天氣預報的準確率,是我們的職責使命。”在許健民看來,天氣預報準確率的提高,不是突然一下就能提高的,要靠各種各樣的小事,每個人都做出一點點貢獻,這樣才能提高。
(二)
“落後,落後,落後,落後”
“周恩來總理看了美國衛星經過中國時候拍的衛星雲圖,他説,‘落後,落後,落後,落後’。”
回憶起研發風雲氣象衛星的原因,即使過去了56年,許健民依舊清晰記得當時周恩來總理説的這四個“落後”。
1969年,我國長江、黃河流域遭遇一場罕見的雨雪冰凍災害。當時的中國,天氣依靠地面每兩百公里一個氣象站,一天兩次發放探空氣球所收集的數據來預測。由於缺少準確的天氣預報,防災救災反應滯後,社會損失巨大。當時,周恩來總理在看了美國的衛星雲圖後,便提出要“搞我們自己的氣象衛星”。
“氣象局當時負責氣象衛星的總體規劃和氣象衛星數據的地面接收、處理、分發和應用。”許健民回憶,1971年,中國氣象局成立了衛星氣象中心。而他調任這裡時,已經是1986年。
當時,距離周總理提出要研製中國自己的氣象衛星,已經過去了整整17年,可第一顆氣象衛星還處於研製階段。
研製出氣象衛星,咋就這麼難?
“衛星在距離地球800公里的上空,怎麼看地球的一公里?衛星以每秒7.9公里的速度飛行,需要把一個點一個點的資料拼起來構成一張圖……”許健民&&,氣象衛星工程體量大,中間每一個環節都有極高難度。
經過不斷探索、潛心研究,終於在1988年9月7日,我國第一顆自主研製的極軌氣象衛星風雲一號A星成功發射。
在匯報工作時,許健民哭了。
這條從無到有的摸索之路走得多艱辛,許健民和他的團隊都知道。
(三)
天氣預報是“算”出來的
在許健民的電腦裏,一直保存着一個文檔,裏面寫滿了密密麻麻的數學公式。
143頁,4萬多字。
這裡面記錄着解決“風雲二號”氣象衛星雲圖抖動難題的辦法。
風雲二號,我國首次研製的靜止軌道氣象衛星,由許健民擔任地面應用系統總設計師。然而,在當時,世界上所有的靜止軌道衛星都存在同一個的問題——雲圖抖動。
“這樣的抖動是不能接受的。”許健民態度堅決,他説,“雲圖抖動,就不能看出雲是在上海,還是在蘇州,天氣預報就不準了。”
為了找到抖動的原因,他收集起衛星“廢圖”,按照時間順序排列一起觀察,尋找雲圖抖動背後的規律。
許健民認為,所謂科學就兩件事,第一件事是認清自然界發生了什麼事;第二件事是要搞清楚這件事之所以存在、發生,它的科學道理在什麼地方。作為科學工作者的他,一定要弄明白這兩件事。
可找到規律哪那麼容易。許健民喊來學生陸風、張曉虎等人,決定重新學習高等數學、線性代數等大學課程,驗算衛星定位公式。
“這143頁公式,必須每一個、每一步都做對,最後拼起來才能是對的,費的勁大得不得了。”講起那段推導公式的日子,許健民説,“錯一步就得重新再算一遍,沒完沒了,我們做的時候很迷茫。”
儘管苦,儘管迷茫,許健民和團隊始終相信,用數學方法來解決問題,肯定是正確的道路。歷經一千多個日夜,他們最終推算出正確的基礎公式,在風雲二號C星發射前一個月,在世界上率先解決了衛星雲圖抖動問題。
(四)
氣象衛星不止“測”天氣
1987年,大興安嶺的一場森林大火,轟動全國。沒想到的是,搞氣象衛星的許健民,竟和這場森林火災的救援有千絲萬縷的&&。
不僅僅是天氣預報,氣象衛星應用範圍現在越來越廣泛。追溯起來,氣象衛星的應用價值還是在這場火災救援中,初步展現。
上世紀七八十年代,在中國沒有自己的氣象衛星時,衛星中心能接收到外國氣象衛星發下來的氣象資料。調到衛星中心後,許健民就天天拿着圖研究。從裏面,他不僅看到了雲,更看到祖國山川河流、森林植被。許健民敏銳地意識到,這些信息裏藏着氣象衛星廣闊的應用前景。
“一定要把這些圖用好。”於是,許健民主張邊研究、邊使用,在做氣象衛星的地面系統建設的同時,還要不遺餘力地推動衛星數據在火災、水災等方面的監測服務。
1987年,大興安嶺森林大火,驗證了許健民的前瞻性布局。
當時火勢兇猛,火區上空煙霧籠罩,飛機和林火瞭望哨無法進行有效地觀測。許健民團隊卻在衛星雲圖中捕捉到關鍵信息,他們從雲圖上清楚看到三條火帶,觀察到火勢蔓延的趨勢,為各級撲火指揮部制訂撲火計劃提供了可靠信息。
如今,許健民家中仍保存着當年大興安嶺火情的雲圖資料,時刻提醒他堅守初心。他説,“雲圖數據用途非常多,還能再研究。”
在《大國院士》的鏡頭前,對於自己所獲的國際氣象組織獎,許健民院士一直重復着同一句話,“我就如一粒芝麻,小得很”。這份刻在骨子裏的謙虛,如同他守望了一生的雲圖,純粹而廣袤。
當被問還想為氣象衛星事業做些什麼時,許健民的回答堅定且質樸:“把我的經驗告訴大家。”
明年6月,國際氣象組織獎將頒獎,期待許健民院士代表中國去領獎。
策劃:儲學軍 車玉明
統籌:李曉雲
記者:李由
導演:劉袁媛
編導:於子茹
視頻製作:劉廈 劉慶生
攝像:韓光 陳傑
設計:史澤翰
鳴謝:國家衛星氣象中心(國家空間天氣監測預警中心)
中國氣象局氣象宣傳與科普中心(中國氣象報社)