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靜心傾聽海洋的聲音--記國家科技創新領軍人才陳顯堯教授

發布時間:2018-11-22???來源:中國海洋大學??? 作者:馮文波???瀏覽次數:

  在人類認識海洋的漫漫征途中,涵蓋海水深度、溫度、鹽度、流速等關鍵元素的各類觀測數據無疑是最重要的載體。有人將這些觀測數據喻為認識海洋的“鑰匙”“敲門磚”,而在中國海洋大學物理海洋教育部重點實驗室陳顯堯教授看來,這些費盡千辛萬苦得來的觀測數據就是“海洋的聲音”“大海的語言”。他的任務就是靜心傾聽海洋的聲音,了解這些語言背后的深層含義,從而認識海洋,理解海洋。這項工作他已干了近20年。

  從西北內陸到黃海之濱

  陳顯堯祖籍在甘肅岷縣,1973年出生于洛陽。因父親心中始終懷有一顆建設家鄉的赤子之心,1984年,他跟隨父親回到甘肅,一待就是15年。

  高中畢業填報志愿時,陳顯堯分別選了蘭州大學、清華大學和南開大學的數學系作為自己的一、二、三志愿。老師和同學看了說,你這種選擇如果第一志愿走不了,就真走不了了。“父親希望我留在他身邊”,陳顯堯說。

  1990年秋,他被蘭州大學數學系錄取。1990年,為貫徹落實全國高等學校理科工作會議精神,保證西北地區在我國數學事業率先趕上國際先進水平的偉大戰役中有充足的科研與教學后備力量,蘭州大學數學系從當年招收的96名新生中選拔了28名優秀學生組成了“數學基礎理論強化班”(教學實驗班),對他們進行數學基礎理論強化教育。陳顯堯有幸成為其中的一分子。

  20世紀90年代的蘭州大學數學系名師云集、聲譽頗佳,不僅有“二陳一濮一開沅”(陳慶益、陳文塬、濮德潛和葉開沅)為代表的四大名家,還有郭聿琦、程昌鈞等一批具有國際影響力的學術名師。時至今日,陳顯堯依然記得著名數學家、半群研究專家郭聿琦教授給他們上課的場景,“郭老師是第一個用英文課本給我們上課的人,《高等代數》《抽象代數》都是他從國外帶回來的”。

  日積月累,在蘭大深厚文化的熏陶中,在各位名師大家的諄諄教誨下,加上個人的刻苦與努力,陳顯堯奠定了堅實的數理基礎,養成了縝密的邏輯思維習慣。本科畢業時,成績優異的他獲得了碩博連讀資格,得以跟隨程昌鈞教授從事固體力學方面的學習。

  九曲黃河、漫漫黃沙。在西北生活的15年里,令陳顯堯印象最為深刻的自然景象當屬“沙塵暴”了。幾分鐘之前還是艷陽高照,幾分鐘之后已是昏天黑地,一度有南方來的同學被這種場景嚇哭。

  1999年,陳顯堯博士畢業。選擇就業單位時,山東的校友建議他來青島。四月的一個雨天,他乘坐火車抵達青島。走出火車站的那一刻,他便被這溫潤的氣候吸引了:坐在316路雙層巴士上,沿著太平路、東海路一路向東,蒙蒙細雨、如煙似霧,那種場景他至今記憶猶新。在友人的帶領下,他來到青島的海邊,這是他人生中第一次見到大海,煙波浩渺、浪花拍岸、海風習習,遼闊、包容、澎湃……憶起初見大海時的感受,他說:“在這之前我見過沙漠,去過草原,走過戈壁,雖在電視上見過大海,但真正面對大海的時候,我卻無法用語言去描述它帶給我的震撼。”

  因為這片海,愛上這座城,他決定留下來。最終成為了國家海洋科學研究事業的一員。

  乘數學之舟,駛入蔚藍之門

  來青島之前,陳顯堯從未見過大海,對于海洋生物、海洋化學、海洋地質等涉海學科只是有一點淺顯的認識,而對于物理海洋學卻是一無所知。

  博士期間,陳顯堯學的是固體力學,這與物理海洋學研究所涉及的大尺度流體力學差別很大。很長一段時間,他總想用數學的方式方法去解決海洋學的問題,“一不是主流方法,二解決的不是主流問題。”他說,最大的挑戰還是觀念固化,在長期數學和力學訓練中養成的凡事都要有精確數值、準確答案的思維習慣也與海洋學領域奉行的“尺度分析”理論形成了不小的沖突。

  面對轉行的挑戰,他冷靜應對,一方面向前輩和同事請教,另一方面認真查閱文獻,及時補課。在剛開始入手時,他想做的是海洋中的反問題。這個方向是著名海洋學家Carl Wunsch教授提出來的。陳顯堯在蘭大所作的博士論文是固體力學中的反問題。他想,雖然學科領域不同,但科學研究的方法應該是相通的。可之后他發現,一般情況下,要研究反問題,需要比較深入地理解正問題,可是物理海洋學中,正問題還沒有解決呢;而且,這些正問題比反問題更吸引人,更能激發人的研究興趣。由此,陳顯堯一頭扎進了海洋學的天地。

  反問題的研究思路只是陳顯堯涉足海洋研究的敲門磚,而真正讓他下定決心從事物理海洋學研究的則是海洋的觀測數據。在不斷地接觸海洋,研究海洋的過程中,他發現海洋的神奇和魅力全都體現在科研人員歷經千辛萬苦取得的那些觀測數據中。這些數據,猶如一句句話語、一串串密碼,訴說著大海的特征與規律,有時和自己想象的很接近,有時又大相徑庭。每當譯出這些語言、解開這些密碼的時候,他總會有一種成功和海洋對話的成就感。受世界著名海洋學家、數據分析專家黃鍔(Norden E. Huang)院士發明的經驗模分解方法所提出的對待數據的觀點啟發,以及博士期間從事的科研方法訓練,他漸漸摸著了從數據出發研究海洋的門道。

  陳顯堯在國家海洋局第一海洋研究所工作了15年。在最美好的年華里,他實現了研究方向的轉換,并且逐漸構建起了自己的海洋學知識體系,找到了適合自己的研究方法。這期間,他有幸與黃鍔院士一起共事。老先生淵博的學識、敏捷的科研思維和嚴謹的治學態度皆令他印象深刻,特別是黃鍔院士提出的經驗模分解(Empirical Mode Decomposition,簡稱EMD)方法使陳顯堯受益無窮。在陳顯堯看來,這種自適應數據分析方法表面上看是一種方法或技能,其實質是科研人員對待自然現象、自然規律的態度。“盡管EMD方法至今不是物理海洋和氣候變化研究的主流方法,但我幾乎離不開這個思想。”陳顯堯說。

  2014年初,中國海洋大學極地科學研究快速發展,急需有能力、有抱負、志同道合的合作者加盟,時任極地海洋過程與全球海洋變化重點實驗室主任趙進平教授邀請他到校工作。談及這位青年學者的優秀品質,趙進平教授首推“敬業”。“他熱愛自己從事的科學事業,把絕大部分精力投入到科研工作中,這也是他能取得大成績的原因。”趙進平說。來到中國海洋大學,陳顯堯迎來了職業生涯的轉折,從科研院所的研究員轉變為一名大學教師。

  問道于碧海,靜觀風云變

  陳顯堯時常覺得自己是一個幸運的人,有幸在40歲的年紀進入中國海洋科教的最高學府--中國海洋大學,有幸在這個“海納百川、取則行遠”的環境里結識一批志同道合的人,有幸從事自己喜歡的科研事業并有所創新和收獲。

  進入中國海洋大學后,陳顯堯開始集中開展海洋與氣候變化的研究。影響全球氣候變化的因素有很多,如大氣環境、人類活動等,而陳顯堯始終認為海洋扮演的角色更重一些,所以“海洋在氣候變化中的作用”便成了他孜孜以求的研究方向。近年來,溫室效應、二氧化碳排放、全球變暖等逐漸成為人們關注和熟知的熱詞。人們發現,盡管溫室氣體排放持續增加,全球氣候系統也在持續吸收熱量,但是全球表面溫度卻呈現出增暖減緩甚至停滯的趨勢。部分全球變暖懷疑論者甚至由此質疑人類是否應該控制溫室氣體排放。

  許多氣候學家也試圖揭開這其中的謎團,學者們發現深層海水對熱量的吸收是導致全球表面溫度上升變緩的主要原因。但海水吸收的熱量存于何處、什么時候、從哪兒、以什么方式再次釋放出來?這些問題成為學術界集中研究的方向。經過長期大量的研究,學術界普遍認為是太平洋信風和副熱帶環流將表面熱量輸送至太平洋深層(300米以下),從而延緩了全球表面溫度上升的速度。并指出過去十幾年間的減緩現象主要發生在厄爾尼諾-拉尼娜振蕩的時間尺度上,未來2-7年內發生的厄爾尼諾現象有可能釋放出儲存于太平洋深處的熱量,使全球表面溫度上升的速度得以恢復。

  陳顯堯沒有完全接受這一觀點。在2008年前后,他通過對大量海洋觀測數據的分析發現,過去一百多年間在全球表面溫度持續變暖的整體趨勢上,疊加著一個具有平均周期約為65-70年的多年代際振蕩,這與大西洋海面溫度的多年代際變化基本一致,這一冷暖交替過程很可能在一定程度上會減緩全球變暖的速度。當時這一想法與普遍認為的全球變暖的主流觀點有些不同,他參與的關于這一多年代際變異的一篇研究論文也沒有得到學界的認可和重視。

  陳顯堯始終認為“觀測數據是自然界的語言”,并堅信數據不會說謊。他從海洋溫度-鹽度和海面高度等一系列觀測數據出發,堅持開展了海洋與氣候長期變化的特征和機制研究。他從海洋出發,重點關注了海洋如何記憶氣候長期變化的歷史,如何調制氣候長期變化的過程。在他和美國華盛頓大學Ka-Kit Tung教授的共同努力下,得出結論認為,過去十幾年間,北大西洋經向翻轉環流加強,向中深層海洋的熱輸送增強,減緩了全球表面溫度上升的速度,從海洋熱輸送的角度解釋了全球氣候變暖“減緩”的原因。

  2014年8月22日,國際著名學術期刊Science以“行星中的熱量分配導致全球變暖的減緩與加速”為題刊發了這一研究成果,并在世界海洋學界引發廣泛關注和反響。英國《經濟學人》雜志使用“深水炸彈”(depth charge)一詞強調了氣候系統吸收的熱量向深層海洋輸送的重要性,以及文章對氣候變暖過程研究的貢獻。著名氣候學家Judith Curry在其氣候論壇主頁上評論道:“這篇文章展示了氣候變暖減緩難題中的一個重要組成部分”。美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)首席科學家 Rick Spinrad 博士在一次訪談中說:“這是一個非常令人振奮的新結果,將推動我們更好地認識和預測氣候變化”。鑒于該成果成功解釋了過去十幾年間,在溫室氣體排放持續加速的背景下,全球表面溫度增速放緩的原因和可能的動力學機制,并進一步凸顯了大洋熱鹽環流在氣候變暖過程中的重要作用,其成功入選2014年度“中國高校十大科技進展”,這在中國海洋大學歷史上尚屬首次。

  在此基礎上,2017年6月,陳顯堯又在Nature Climate Change發表了題為“1993-2014年間全球海平面加速上升”的文章,不僅更為準確地展示了海水受熱膨脹、陸地冰川冰蓋受熱融化對全球海平面的貢獻,也為人類科學制定沿海地區應對海平面上升的對策和方案提供了參考。面對他取得的系列成績,當初引薦他進入中國海洋大學的趙進平教授說:“事實證明,陳顯堯是一個出色的科學家,他正在為國家海洋科學的發展做出貢獻。”

  “在一個寬松、自由的環境里,根據自己的研究興趣自由探索”,陳顯堯說,在中國海洋大學的四年里,他真真切切地體會到了校訓“海納百川、取則行遠”的內涵。他喜歡上了這里,在這所大學給予他的自由與包容中,靜心傾聽“海洋的聲音”,探尋著海洋的奧秘。

  海洋之大,當常懷敬畏之心

  作為一名大學教師,陳顯堯不僅從事海洋科學研究,還承擔著人才培養的責任。在學生王金平眼中,他是一位溫文爾雅的導師,平易近人、不急不躁,指導學生定好選題之后,會給學生自由探索的時間和空間。“做本科畢業論文期間,陳老師每周都會有1-3次對我進行指導,他對待科研的態度、治學的精神,以及對我的鼓勵與包容皆使我受益匪淺。”2014級海洋科學(中外合作辦學)專業學生李心月說。

  談及人才培養的心得,陳顯堯用“選好題目、悉心培養、嚴格要求、傳道解惑”作答。他表示,既然是“導師”,就要做好研究生的指導工作,如果帶不好路,學生就走不遠,甚至會半途而廢或轉行。“盡管我也是轉行過來的,但我希望我的學生將來不要花太多的時間和精力去轉行,而是帶著濃厚的興趣在這一研究領域走下去。”

  誰的工作都不可能一帆風順,每當遇到“瓶頸”或卡殼的時候,陳顯堯會用“走步”和“看電影”的方式為自己減壓。對于前者,他笑稱源自金庸在《笑傲江湖》中提到的“身健則心靈,心靈則易悟”,“身健我是做不到了,遇到難題的時候就起來活動一下,以前是往遠處走,現在只能在附近轉轉了。”他笑著說。對于看電影,他說那時頭腦不用思考,是一種完全放空和放松的狀態。

  同海洋打交道近20年,對于這一片汪洋的感情,陳顯堯說,沒學海洋之前,海洋之大,沒去想;學了海洋之后,海洋之大,沒法想;去過海上之后,海洋之大,不敢想。日常生活中,在與女兒聊天時,他往往一開口就會提到北極的海冰、北大西洋的洋流、格陵蘭島的冰蓋和家門口的海平面,女兒笑稱這是“職業病”。他說,浩瀚海洋,記載了太多人類和地球的歷史,我始終認為海洋是全球氣候系統中最為重要的角色,只是我們的觀測還沒有那么長,還沒有真正了解和認識海洋。在研究和認識海洋的過程中,他始終對這片蔚藍心存敬畏。

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