9月中旬，教師節(jié)過去不久，清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心辦公樓里仍掛著學(xué)生們自己設(shè)計(jì)的謝師海報(bào)，特色明顯。與這些海報(bào)并排貼著的便是各種講座信息以及中心新近發(fā)表的論文，90％是英文，內(nèi)容五花八門，有關(guān)于大氣環(huán)流的，有關(guān)于濕地保護(hù)的，有力學(xué)領(lǐng)域的，還有計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的……涉及的領(lǐng)域和學(xué)科十分廣泛。
這便是清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究的特點(diǎn)——交叉性與國際化。2009年初，為深入研究地球系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，以及人類活動對地球系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，為中國乃至世界培養(yǎng)應(yīng)對全球變化方面的高層次人才，清華大學(xué)成立了地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心。一年后，又以中心為依托，聯(lián)合計(jì)算機(jī)系、環(huán)境系、核能研究院等院系成立全球變化研究院，圍繞全球變化問題組織開展多學(xué)科交叉研究。
歷史與現(xiàn)實(shí)，清華復(fù)建地學(xué)
全球變化研究是依托地球科學(xué)、生命科學(xué)、計(jì)算科學(xué)和社會科學(xué)等多學(xué)科交叉發(fā)展起來的新興研究領(lǐng)域。全球變化，包括氣候變化和地球系統(tǒng)多圈層相互作用引起的環(huán)境變化，已經(jīng)引起了國際科技界、經(jīng)濟(jì)界、政界以及整個國際社會的嚴(yán)重關(guān)注。王斌是清華大學(xué)地學(xué)中心最早的雙聘教授之一。他告訴記者，全球變化導(dǎo)致的干旱、洪澇等極端天氣、環(huán)境污染、糧食安全、人類健康等全球性問題已經(jīng)影響到全人類的生存和發(fā)展。人類從未像今天這樣，迫切需要了解賴以生存的地球的運(yùn)行機(jī)理，從而理解人類活動對地球系統(tǒng)的影響，并進(jìn)一步預(yù)測地球系統(tǒng)的未來演變。
實(shí)際上，清華大學(xué)的地學(xué)學(xué)科有著悠久光輝的歷史。1929年成立地理學(xué)系；1933年，地理學(xué)系易名為地學(xué)系，下設(shè)地理、地質(zhì)、氣象三個組；1946年，抗戰(zhàn)結(jié)束后，西南聯(lián)大結(jié)束，清華大學(xué)在北平復(fù)學(xué)，地學(xué)系恢復(fù)；同年，原有的地學(xué)系氣象組獨(dú)立成氣象學(xué)系；1950年，地學(xué)系地質(zhì)組單獨(dú)分出，成立地質(zhì)系；1952年，院系調(diào)整，清華大學(xué)地學(xué)系調(diào)整到北京大學(xué)，成立地質(zhì)地理系。地學(xué)中心副主任羅勇告訴記者，2009年，清華大學(xué)校務(wù)會議討論通過成立清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心和全球變化研究院的決定，是基于歷史和現(xiàn)實(shí)的雙重考慮。
“一方面有很多老校友一直在呼吁復(fù)建地學(xué)，另一方面校方也意識到在全球變化的大背景下地學(xué)學(xué)科的重要意義，所以復(fù)建地學(xué)是清華努力多年的方向。校方與科技部前部長徐冠華院士討論后一致認(rèn)為，清華作為地學(xué)的后來者應(yīng)該突出交叉學(xué)科的優(yōu)勢，以全球變化研究作為復(fù)建地學(xué)的突破口。”羅勇說。
交叉優(yōu)勢讓清華地學(xué)走得更遠(yuǎn)、更快
正如當(dāng)初設(shè)想的那樣，清華大學(xué)地學(xué)中心在交叉學(xué)科建設(shè)上的努力取得了明顯的進(jìn)展，逐漸得到了業(yè)界的認(rèn)可。
地學(xué)是一個學(xué)科群，包括大氣科學(xué)、海洋科學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)，加上生態(tài)學(xué)，六個學(xué)科都是地學(xué)學(xué)科群的組成部分，這其中與全球變化研究關(guān)系最密切的就有好幾個。羅勇告訴記者，國內(nèi)的許多研究機(jī)構(gòu)和高等院校都具有長期的地學(xué)研究積累，各有特色。他說，在大氣科學(xué)領(lǐng)域，中科院大氣物理所、北京大學(xué)、南京大學(xué)、蘭州大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科技大學(xué)、南京信息工程大學(xué)等都從事大氣科學(xué)研究多年，具備雄厚的研究積累。清華作為后來者主要還是把發(fā)展目標(biāo)集中在跨領(lǐng)域、多學(xué)科的交叉融合上。
羅勇認(rèn)為，清華能這樣做主要在于它在很多領(lǐng)域有很強(qiáng)的優(yōu)勢，比如清華的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、環(huán)境科學(xué)與工程、生物學(xué)、管理科學(xué)與工程等等，都在最近一次學(xué)科評估中名列前茅。在清華這樣一個大背景下，發(fā)展多學(xué)科交叉的全球變化研究具有得天獨(dú)厚的基礎(chǔ)和優(yōu)勢。
“現(xiàn)在我們已經(jīng)具備了自主發(fā)展的能力。在這個團(tuán)隊(duì)中，有來自清華計(jì)算機(jī)學(xué)院的教授，還有來自經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域的教授，相比別的地學(xué)研究機(jī)構(gòu)，清華地學(xué)最大的優(yōu)勢在于地學(xué)與其他學(xué)科的完美融合。”
作為第一批進(jìn)入清華大學(xué)地學(xué)中心的老師，王斌對這些年的發(fā)展極有感觸。“當(dāng)時真是一窮二白什么都沒有”，王斌回憶當(dāng)時的情況。現(xiàn)在，經(jīng)過三年的努力，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)頗具規(guī)模，在國際上的學(xué)術(shù)地位不斷上升。
在全球變化問題的研究上，我國的起步相對較晚。“我們國家以前幾乎沒有一個學(xué)科交叉性如此廣泛的研究機(jī)構(gòu)。清華從地球系統(tǒng)科學(xué)的角度來研究全球變化，這是一個極為明顯的特色”，羅勇說。他告訴記者，僅僅三年的時間清華地學(xué)中心已經(jīng)擁有了學(xué)科結(jié)構(gòu)比較合理、隊(duì)伍較為完整、初具規(guī)模的研究團(tuán)隊(duì)，同時也在許多領(lǐng)域取得了令人矚目的成績。
“在地球系統(tǒng)模式發(fā)展方面，地學(xué)中心的模式團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)發(fā)展地球系統(tǒng)模式的優(yōu)勢團(tuán)隊(duì)合作，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了高效并行計(jì)算、分量模式的耦合集成等方面的重要突破，在完成第五階段國際耦合模式比較計(jì)劃的數(shù)值試驗(yàn)方面取得了圓滿的成功。在863項(xiàng)目的支持下，經(jīng)過清華模式團(tuán)隊(duì)的不懈努力，已自主研發(fā)成功國內(nèi)首個模塊化并行耦合器，并已經(jīng)過耦合模擬的正確性檢驗(yàn)，已于9月22日正式向國內(nèi)公開發(fā)布使用。為獲取地球系統(tǒng)模式發(fā)展所必需的更加準(zhǔn)確的地表參數(shù)，地學(xué)中心承擔(dān)的國家863重點(diǎn)課題于2012年首次完成世界上30米最高分辨率的全球地表覆蓋制圖；并于2013年完成世界上首個30米分辨率的農(nóng)地分布制圖；全球地表覆蓋制圖的水域研究內(nèi)容被用于2013年科技部面向世界首次發(fā)布的《全球陸表水域面積分布狀況遙感監(jiān)測年度報(bào)告》。地學(xué)中心開發(fā)了嵌套式的高分辨率大氣化學(xué)傳輸模式，將我國的網(wǎng)格精細(xì)度提高60倍，獲得了更加精確的臭氧濃度分布；所開發(fā)的嵌套模式已被20多個國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)采用。地學(xué)中心開發(fā)了10種大氣成分的中國高分辨率排放清單，將空間分辨率提高了一個數(shù)量級，同時提高了精度；數(shù)據(jù)先后支持了多個國內(nèi)外大型研究計(jì)劃，并被全球40多個研究組所采用。地學(xué)中心建立了國內(nèi)首個紅樹林濕地碳通量觀測平臺，估算了中國與全球紅樹林碳匯潛力，得到許多國際機(jī)構(gòu)的重視與肯定。”
挑戰(zhàn)地球系統(tǒng)模式，滿足國家戰(zhàn)略與百姓生活的需求
5月31日，《科學(xué)》雜志的一篇文章從國際上50多個模式中選取了4個模式研究云和降雨對變暖的響應(yīng)，清華大學(xué)地學(xué)中心與中科院大氣所聯(lián)合發(fā)展的地球系統(tǒng)模式就在其列，這讓王斌和他的同事們非常振奮。
“對于地學(xué)特別是全球變化研究，很多人覺得特別高深，離老百姓特別遙遠(yuǎn)，其實(shí)它與大家的生活息息相關(guān)”。王斌說。氣象災(zāi)害的發(fā)生幾率和成因什么樣的？生態(tài)環(huán)境各方面的情況怎樣？霧霾會不會進(jìn)一步惡化？溫度還會不會繼續(xù)升高？這個夏天是否會多雨，哪個區(qū)域會多雨？海洋環(huán)流的情況將會是什么樣子？這都是地球系統(tǒng)科學(xué)研究涉及的核心內(nèi)容。“我們的工作是通過定量模擬的方法來研究地球系統(tǒng)的運(yùn)動和演變規(guī)律，預(yù)測未來10年到30年地球的變化趨勢，這對國家的中長期規(guī)劃，對大型基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)建設(shè)都具有極為重要的意義。”
如何獲得科學(xué)的地球系統(tǒng)科學(xué)研究結(jié)論，模式的模擬結(jié)果是最重要的依據(jù)之一。清華大學(xué)參與發(fā)展的氣候系統(tǒng)模式就是其中之一。“只有模式才能預(yù)測未來，所以國際上所有發(fā)達(dá)國家都特別重視模式研發(fā)。每一次聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）報(bào)告的主要核心結(jié)論都是基于模式研究的結(jié)果”，王斌說。
王斌告訴記者，地球系統(tǒng)模式的發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一個國家綜合科技實(shí)力和核心競爭力的重要標(biāo)志之一。加速發(fā)展我國自己的地球系統(tǒng)模式，是應(yīng)對全球變化挑戰(zhàn)、環(huán)境治理和防災(zāi)減災(zāi)的迫切需求。
發(fā)展模式是一件非常困難的任務(wù)。王斌用十年磨一劍來形容其中的艱難，他說，美國國家大氣研究中心（NCAR）和地球物理流體實(shí)驗(yàn)室（GFDL）做了50多年才有了今天的成績。羅勇告訴記者，聯(lián)合發(fā)展，強(qiáng)化合作，在國際比較中發(fā)展壯大，注重后備力量建設(shè)，清華大學(xué)為我國地球系統(tǒng)模式的發(fā)展注入了新的活力。面向未來五年，超前謀劃，清華大學(xué)的模式團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步加強(qiáng)與國內(nèi)其他模式組的通力合作與協(xié)同發(fā)展，致力于聯(lián)合地球系統(tǒng)模式的自主研發(fā)。同時，還將深化對地球系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)識，直接應(yīng)用于改進(jìn)和提升模式水平，從而形成模式發(fā)展與地球系統(tǒng)理論相互促進(jìn)的良性互動，真正站到世界模式發(fā)展的最前沿。
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