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本期对话走近曾庆存——见证这位国家最高科学技术奖获得者、国际著名气象学家、我国气象泰斗的光彩人生。
曾庆存院士接受现场访问照片（来源：中国气象报）
华闻之声全媒体联播网综合报道（记者 彭潇潇）2020年1月10日，2019年度国家科学技术奖揭晓。其中，最受瞩目的国家最高科学技术奖由中国工程院院士黄旭华和中国科学院院士曾庆存分获。他们两位，一位是用不到13年的时间，为中国从无到有创造了一个军事奇迹。而这个奇迹背后，就是“赫赫无名”的——我国第一代核潜艇总设计师黄旭华。一位是提出世界上首个用原始方程直接进行实际天气预报的气象泰斗——曾庆存。
曾庆存院士访问照片（来源：网易科技）
曾庆存简介
男，1935年5月出生于广东省阳江市。中国科学院大气物理研究所研究员，国际著名大气科学家。1956年毕业于北京大学物理系，1961年在前苏联科学院应用地球物理研究所获副博士学位。回国后先后在中国科学院地球物理研究所和大气物理研究所工作，曾任大气物理研究所所长，中国气象学会理事长、中国工业与应用数学学会理事长。
1980年当选中国科学院学部委员（院士），1994年当选俄罗斯科学院外籍院士，1995年当选发展中国家科学院院士，2014年当选美国气象学会荣誉会员（该学会最高荣誉），是全国劳动模范、全国先进工作者、第十三和十四届中共中央候补委员。
曾庆存院士为现代大气科学和气象事业的两大领域——数值天气预报和气象卫星遥感做出了开创性和基础性的贡献，为国际上推进大气科学和地球流体力学发展成为现代先进学科做出了关键性贡献，并密切结合国家需要，为解决军用和民用相关气象业务的重大关键问题做出了卓著功绩。
2017年被联合国气象组织授予国际气象科学的最高奖——“国际气象组织奖”。这是一项终身成就奖项，用以表彰全球作出杰出贡献的气象科学家。2020年1月10日，获2019年国家最高科学技术奖。
他深耕气象科研领域六十余载，是中国气象事业发展的参与者和见证者。他说，如今，我国的气象事业取得了巨大成就，在国际上举足轻重，我们应该坚定我国这样一个气象大国气象科学和事业发展的自信。尽管已经85岁高龄，但在中科院大气物理研究所还经常能看到他忙碌的身影，依然工作在科研一线。
资料图：曾庆存院士
他的名字你可能不熟悉，但他从事的工作你一定非常熟悉——每天睡前，看一眼天气预报，明天穿薄还是穿厚，带不带伞，都要“问”曾老。
提出世界上首个用原始方程直接进行实际天气预报的方法
1957年， 从北京大学物理系毕业的曾庆存被派到苏联留学，学习先进的气象技术，支持国家的建设发展。彼时，国际气象研究还处在十分初级的阶段，误报、错报现象频发。而“数值天气预报”，还是一个预报准确率很低的简单方程。
数值天气预报，是在一定条件下，把大气中所有复杂的数据通过大型计算机，用研究出的可计算的方程模型，作数值计算，预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。在这个预测方式中，最难的就是方程的算法。各国的科学家都在求解数值天气预报的原始方程，但多年来毫无结果。来到苏联一年后，曾庆存的导师就把这个难题交给了他。
整整推演了一年半的时间，真正留给曾庆存上大型计算机来验证结果的时间，只有短暂的10个小时。而就是这10个小时的上机验证，26岁的曾庆存提出了世界上首个用原始方程直接进行实际天气预报的方法，并得到应用，预报准确率超过60%。
研究我国首颗气象卫星发射 建立数值天气预报业务系统
1970年，35岁的曾庆存又迎来了人生第二个未知的挑战——研究中国第一颗气象卫星。从基本概念入手，又一次从零开始研究，曾庆存提出求解遥感方程的反演算法，成为当前世界各主要卫星数据处理和服务中心的主要算法。
在曾庆存的理论基础上，我国第一颗气象卫星“风云Ⅰ号”于1988年成功发射，第一时间发回了清晰的遥感图像。我国开始建立数值天气预报业务系统，比国外晚了整整25年。
为我国气象科学发展步入国际一流水平提供有力支撑
2007年，在曾庆存的倡议下，我国开始研制自己的地球系统数值模拟装置。通过这个装置，可以研究和预估全球气候和生态环境变化，在精准数值天气预报的基础上，提前预估近一年甚至几十年的气候情况，为我国气象科学发展步入国际一流水平提供有力支撑。
资料图：曾庆存院士
当初您为什么会选择从事气象工作？
曾庆存：1954年河南的晚霜，正好（是）麦子要抽穗的时候，一晚上死了40%。你可以想象，我是农民（出身），听到这个，那真是非常惊心动魄。中国的气象学要搞好，天气预报要搞好，这个心愿。我要读这个，一定要读好。
据说留苏第一年导师就把数值预测难题交给了您，当时是一个怎样的过程？
曾庆存：苏联那时候也只有一到两部计算机， 编程程序非常复杂，我们那个时候也要一万多条指令，你要打孔的，用纸带打孔，把那个砸烂，我手又笨，砸得很慢 。留学期间归心似箭，就想着早一点回国作出贡献。然而，当时我国并没有大型计算机，无法实现大量高难度的计算。在很长一段时间里，只能一边做一些气象研究理论工作，一边坚持推进改善原始方程。
上世纪90年代，我国通过国外引进的计算机，为数值天气预报中大量的运算提供了有力的条件，很快开展了自己的数值天气预报业务。虽然起步晚，但在全球中期数值天气预报方面已达到发达国家水准。
青年曾庆存到苏联求学
我国气象预测现在国际上处于什么地位？
曾庆存：中国的气象事业发展整体上处于世界先进水平。举例来说，卫星遥感和数值预报是气象灾害监测和预测的两项重器，大大提高了全世界科学防灾减灾的能力。近年来，这两项技术在我国的发展速度很快，国际地位也不断提升。
气象预测有哪些国际协作，我们有哪些值得自豪的成就？
曾庆存：我国已经形成较为完善的气象综合观测体系，实时监测全球天气，准确捕捉了五年来影响登陆我国的36个台风，无一遗漏，对暴雨等灾害性天气系统也有显著的监测能力。放眼全球，世界上由美、中、欧、日等国气象卫星组成的观测系统，可以提供大体完整的全球云层分布以及气象资料。
利用这些资料，可作出时效长达七天的数值天气预报，提前三至四天较准确地报出台风登陆地点和强度，甚至可以提前七天报出台风生成，这是世界气象界很了不起的进步。其中，中国作出的贡献有目共睹，值得自豪。
意思是说，我们国家的气象信息是有能力和全球其他国家共享的？
曾庆存：欧洲、美国、中国，这三家的极轨气象卫星组成了一张监测网，对全球气象进行全天候监测，这些数据信息供给全世界使用。我们还有静止卫星，就是相对固定在地球上空某一个区域的卫星，美国有，欧洲有，中国有，日本有。在赤道上空，我们可以连续监测一个很大的区域。比如说在太平洋，包括南海和印度洋，包括中太平洋和印度洋，覆盖的面积，北边可以到北纬50度（黑龙江）以北，南纬到澳大利亚以南，有能力对整个这个地区连续地监测，这方面我们也为世界服务。
我们和欧、美、日等正好组成完整的气象信息网，将监测数据提供给世界各国。我们中国气象局就提出了：“全球监测，全球预报，全球服务”的方针和规划，所以世界气象组织很赞赏中国。中国还专门给一带一路沿线国家提供气象服务和人员培训。
我们监测的精确度怎么样？
曾庆存：全球范围内，哪个地方有台风，哪个地方有雷电，我们都探测得出来。凡是外国卫星有的监测项目，我们国家的卫星都有，而且风云4号还有外国静止卫星所无的项目。当然，我们可以自豪，但不可以骄傲。
实现这个能力，我们花了多长时间？
曾庆存：准确地讲，我们最早搞气象卫星是1970年，当时我身在其中，进行了前期的理论和方法研究，也做出了我们国家最初的气象卫星的方案。不过，我们的气象卫星上天是1988年，晚于美国，晚于苏联，大约晚了20年。不过，美国1966年的气象卫星也是带试验性的，不大好用，定向上不好。好用的应是三轴定位的，美国上世纪七十年代末才做到。我们当初设计时就考虑到了，后来我们国家系列的气象卫星都做到了。
世界第一张应用原始方程的天气图
为什么说应用原始方程作数值天气预报您是首位？世界上对此有定论么？
曾庆存：天气预报（的发展历程）分两个阶段，一个是经验预报，就是看天气图，用简单的一些规律推断，预测某天天气是什么情况，这主要是靠经验。到后来用计算机来分析计算，就是数值天气预报，这个是第二个而且是很重要的阶段。
我们国家上世纪60年代，甚至70年代、 80年代前半期，主要还是经验预报。美国1950年开始用电子计算机做数值预报试验，用的是高度简化了的模式即涡度方程，很多国家也跟着试验。试验了数年，结果是不能在预报业务中使用，因为精度低，还得用原始方程组，要研究。
我1961年发现，原始方程中不同时间尺度的过程，可以用不同的办法来算，这就发展出了“半隐式差分法”，用来求解原始方程作数值天气预报，成功了。第二年，苏联马上用到实际天气预报业务上了。
美国是知道的，把文章用英文翻译过去，在内部参考使用。然后再用了几年时间发展他们自己的一套，即全显式格式，虽然时间步长很小，计算量很大很大，但他们用很大的计算机，计算也成功了。1968年他们发表文章。
那时代处于冷战背景，西方都不愿提苏联的工作。此后，世界都用原始方程组作数值预报，于是数值预报方法成为实际天气预报的业务。所以数值天气预报业务化应用是从成功求解原始方程开始的，我这个半隐式差分法最早。由于半隐式差分法的优越性能，至今它仍在数值预报中广泛使用。
2016年，世界气象组织经过评审，确认我这个工作是先驱性的，在给我颁的奖——国际气象组织奖的证书中，就有写这一条。
曾庆存院士早期采访截图
您推动地球系统数值模拟大科学装置的建设，意图是什么？
曾庆存：首先是为了研究全球气候与环境变化这个很重要的问题，国际上都在搞数值模拟研究。所用的数学模式非常复杂，包括有大气的模式、有海洋的模式、有陆地环境的物理模式、有植物的生态变化的模式、有水文的模式、有北极南极冰变化的模式，还有二氧化碳怎么被吸收和排放出去的模式。现在一共有七八个模式，耦合在一块，就叫做地球系统模式。
从本世纪开始，国际上形成共识，要研究长期气候变化，必须要有这种大的数学模式，气候变化规律才能算出，才有一定的科学根据。我们国家原来没有那么大的计算机进行模拟，所以我们就强烈地呼吁，我们中国要自主研发地球系统模式。
通过这个专门的超级计算设备，既要把气候问题研究清楚，同时也想把地球各个圈层的关系，比如气圈、水圈、陆地圈的构成，水怎么循环、怎么蒸发、怎么降雨之类的，也搞清楚。再深一点，地下水是什么样的，热的地幔怎么流动的，矿山的矿物怎么生成的，火山是怎么出现的，要弄清这些规律，也要搞一个定量的模式进行理论研究。
还有地震，我们对断裂带或断层活动，有许多台站长时间的监测记录，通过对这些监测资料的分析计算，现在科学家已能做到，地震一发生很快就算出震中在哪，震级多少，裂度多少，破坏中心在哪。如果能再建立一个断裂带活动的力学理论模式进行模拟，并融合长期的监测资料，就有可能（预先）算出该断裂带在何时何处会发生岩层断裂，也就是说，把地震预报出来。
总之，研究全球气候和地球环境的变化，都要靠这个装置，我们相信能搞成。
您刚才讲到预报地震，这个地球大科学装置能完全实现吗？
曾庆存： 50年后在某种程度上地震是可以预报的。当然这是我的考虑。也许会早一点，也许会晚一点。因为地震，比如说对于地下的断层，至少要有50年左右的监测，不断地监测它发展和变化，可以找到某些规律，再加上理论模式的模拟结果，对比融合，就可以掌握该断裂带活动的规律，试作地震预报了。比如说，地震发生的一两年之前给预报出来，或者说再临近一点就预报出来。大概趋势我想是可以预报出来的，尽管可能不太准确。
现在没有这个装置，我们能从科学上预测到地震的发生么？
曾庆存：一定程度上能预测，但是只能是支离破碎的，甚至是滞后的，即（从）事后进行的补算得到。另外，在实用上，则是靠别的代用品指标，比如说蚂蚁出来了，蛇出来了，确实它有一定的相关性。但是，到底地层是怎么震动的，会断哪一块，不知道，时间序列上也搞不清楚，靠这些来找相关性是不太完整的科学。
现在我们搞这个装置，以便将来对地震有更大的完整的科学计算，和（获得）更多的监测资料，肯定要好得多，最终有可能实现精准的地震预测。当然，有一定的误差范围。就像气象科学一样，早在上世纪六十年代之前，在一个具体的地域里，气象预报顶多只能提前一天，而在今天，有了较好的监测网和数值天气预测，可以预报七天。以后地震预测也许可能是类似的发展。
数值预报还有哪些实际意义？能不能举个例子？
曾庆存：数值预报在我国起步较晚，但在这几十年时间里有跨越式发展。如今，我国的气象部门已拥有完全自主研发并业务使用的数值预报系统，为经济社会发展提供了有力保障。
以广东为例，近年来当地数值预报模式的进步，使得广东省逐步实现重大气象灾害“零死亡”这样一个“了不起”的目标。过去，一个台风袭击广东，伤亡人数可达到上万，而现在能做到“零死亡”，提前三天发布气象预警，甚至能覆盖港口和在广大南海作业的每一艘船只，这样的保障能力是很了不起的。
中国在气象预报方面已经拥有了哪些基础设施？
曾庆存：我国已成为气象服务体系最全、保障领域最广、服务效益最为突出的国家之一。地面观测站网密度世界第一，气象雷达布网密度世界第一，气象服务项目全世界第一。其中气象自动站之多之密更是无与伦比，6万多个自动气象站覆盖96.5%的乡镇。
我们应该向我国全体气象工作者致敬。正是因为他们在看似平凡的岗位上不懈努力、全神贯注站岗放哨，坚持以人民为中心的思想，着力提升气象业务服务能力，我们才实现了具有中国特色的庞大气象服务体系的建成，事无巨细地保障人民群众的生命财产安全，保障国家、社会和各行业甚至个人的活动顺利进行。
我们普通人更关心气象科学与实际社会生活的关系。比如官方数据披露，2019年第9号超强台风“利奇马”，造成多个省份（市）1402.4万人受灾，209.7万人紧急转移安置，对于这种破坏性极强的气象灾害，我们的预报能够提前到什么程度？
曾庆存：现在可以提前5—7天。比如说台风，5天之前，我们可以报出其大概走向，当然有一定的误差。但总体来讲，现在台风预报相当准了。比如说中央气象台的台风预报模式和广东省气象局研制的华南台风预报模式，确实预报效果很好。
24小时作出的登陆点预报的误差只差30公里到50公里。比如说台风“山竹”是去年最厉害的台风，称为“风王”，当时的预报和实况，都是在广东省台山和阳江之间登陆。今年在我们国家登陆的超级台风“利马奇”，从气象预报角度说，也是成功的。五天至三天前就预报出的台风登陆路径，发出了是超级台风的警报。
至于成灾重，那是另外的一个问题了，和地理环境条件及防灾减灾的措施有关。内陆地区人民群众的防灾经验、意识、知识还需要进一步加强和提高。
台风预报是怎么做出来的？
曾庆存：比如说，在西太平洋上空，发现有一些热带云团，会不会发展成台风呢？我们气象卫星都在监测，将获取的初始数据输入到电脑里面来计算，用数值预报预测它的发展趋势，什么时候成台风？移动路线如何？卫星又不断地随时监测，随时进行数值预报、制作四维图画，实时传递给相关机构。尤其是有可能登陆我们国家的情况，登陆前三天就已进入警戒状态，加密监测和预测。
我们的静止卫星，一般6分钟就可以发回一个图像，比如说温度怎么样，降水情况怎么样，涡旋云系和海面上风场怎么样，15分钟就可以给你一个较完整地区的定量数据。没有气象卫星的这些即时资料和信息，数值天气预报很难做好。这两个相辅相成，是气象部门的两大利器，也是气象事业和气象科学现代化的两个重要标志。
怎样看待天气预报的准确率和可预报性问题？
曾庆存：不是所有天气都能准确预报。我们要科学看待大气科学这门科学，积极向公众和政府部门普及气象预报准确率和可预报性问题。预报准确率不能达到百分之百的原因，其一是自然界充满了偶然性、极端性。
大气是流体，用物理和数学词汇来说，就是有无限多个“自由度”，想要准确摸清流体走向的细节，其难度可想而知。就好比面对气体里面的无数分子，其中一个怎么运动，在物理上是无法确切描述的。
其二是观测系统不够细致和准确，有不少现象和尺度较小的天气系统“漏网”事先没有观测到。
此外，我们确实还有许多规律未被认识到，例如龙卷风这样的灾害性天气，因其先难有预兆被观测到，且触发机制充满了偶然性和极端性，想要提前预报是目前的世界性难题。
虽然技术水平在提高，但还是能听到老百姓议论，天气预报不准，您有什么解答？
曾庆存：有些地方是监测死角，仪器探测不到，探测的分辨率也不够。探测不到，分辨不出，你怎么能作预测？更何况，自然界里面还存在偶然性，偶然性是报不了的。
但是在一定大的范围，例如说北京市这么大的范围和数小时内的总情况，偶然性减小，大多又可探测到和分辨得出来，可预报出的概率就大得多。比如三个钟头以后、六个钟头以后北京地区会不会下雨，这个一般能报准，它有一个既有的科学统计和规律分析作为基础。当然，也有一个概率分布，预报不可能每次报准，总有报不准的情况，这是科学的说法。
另外就是超出现有科学水平的也报不了，比如空间距离上，需要雷达能够覆盖得了，百公里能被覆盖和预测，只能说百公里内的事情，就预测不了一百公里外的天气。
还有一个，长期的气象是难报甚至是预报不了的，这就是科学上的混沌现象所致。观测的误差导致有一个可预报的时限，长于此时限的预报一般是不准的。目前只能预报5—7天，超过这个时间就不准了。再长一些，只能考虑报平均状态了，比如说一两个季度的平均情况，特别是中国的旱涝，能不能提前半年预报？这是有可能的。当有强信号预兆，例如厄尔尼诺事件时，可以报得准些。在一般情况下，现在还不能很好地掌控，只是预测一个大概，供参考。
对未来的长期气候演变，是无能为力的？
曾庆存：以后地球系统模型建成了，可以试验作一年的气候预测，或者在某些有先兆的气象情况下，两年大概也可以。至于预报十年以后、一百年的气候怎么样，不敢说，因为有很多因素和变量的作用，不只是人类排放二氧化碳这种单一的因素影响。
预测之外，人工干预天气，现在能实现到什么程度？
曾庆存：我的研究中，有一项自然控制论，和你提的这个问题有关，就是怎么用数学和物理的办法，研究人工改造或影响天气。理论上，我提出来了，但是在实际尚没有办法实现，因为按理论方法实践起来要有许多技术条件，很难，尚未解决。
我们国家人工影响局部地区的天气，如人工消雹和人工增雨，已有二三十年的大规模试验。消雹相当成功，增雨也有不少成功经验，但目前尚是凭经验，总结得不够，更没有系统的理论和形成工程化的作业规范。
比如说打火箭到云中去让它下雨，那是因为天上已经有足够的客观条件了，打火箭上去只是将催化剂加到云中，使更多的水汽凝结成大水滴，就会下更多的雨水，即增雨。这个技术手段局部是可以的。
当然云里的能降雨的水滴下光了，你再打也没用了。技术手段应该说是有限的。要取决于很精细的条件。不过理论上说，只要你掌握了规律，列出方程来，并给出初始条件资料，就可以求解，告知你怎样作业，可增雨多少，但还得有技术，技术达不到的，也不能解决。
又例如，大气污染的减排，从理论上算法已经有了，比如PM2.5怎么形成的，是什么规律，方程公式怎么样，这个都应能做到。尤其是PM2.5主要是人为因素造成的情况下，可以解决。重要的是要认识规律，列出准确的方程式，且监管到位。
今年到明年，我希望在人工排放的监控、调控方面，可以有一些突破。雾霾可以解决，就是说从理论上能够找到怎么减排的最好方案。避免一刀切，即我们可按理论算出，在关键地区必须减排和应减排多少量，就可保证京津地区空气质量达标。还有，气象条件好时，还可使一些企业多开工生产，保证其按年份平均来计算，经济不亏损，生产治污两不误。当然，最彻底的办法是研究出工厂不排污的技术，这方面我们国家的研究还颇有进展，前途光明。
怎样提高预报准确性？
曾庆存：我国气象事业发展整体处于世界先进水平，我们拥有尖端科技观测系统和资料。如何发挥出这些资料的最大价值，需要研发人员的不懈努力，也需要预报业务人员大胆使用验证和提出更高要求，达到相互促进的目的。
要拿出“绣花功夫”和“工匠精神”来提高遥感资料分析和数值天气预报应用的能力，使之定量化和精准化，也包括研制灾情（包括自然形态和人文形态的）数值预报或预估的数学模式、救灾调度决策的数学模式以及救灾行动适时调整的数学模式等。
气象工作者大家团结起来，积极向实际学习、向已有的经验学习，相互学习，发挥各个人的优点；更要有勇于探索未来的胆量和创新的精神。
针对“一带一路”的发展倡议，我国的气象研究成果可以提供哪些惠及全球的机遇？
曾庆存：“一带一路”沿线多数区域国家气象灾害频发，其中东南亚和南亚主要气象灾害有暴雨洪涝、台风等，且监测能力相对薄弱。而中国具备完整的探测和预报业务技术自主研发体系，“风云二号”和 “风云三号”气象卫星已纳入全球业务应用气象卫星序列。
“一带一路”倡议的提出，为中国气象服务走出去惠及全球提供了全新的机遇。参与“一带一路”建设，一方面可以利用自身优势为区域经济发展提供防灾减灾服务，另一方面，有利于推动提升自身能力，打造有竞争力的国际气象服务品牌。
建议支持更多国家建设卫星资料接收站，为当地观测能力提升提供有力支撑，积极实现各国资料的共享互用，让更多的国家有能力科学防御气象灾害。
中国曾流行一个说法，叫做人定胜天，您觉得人真能战胜自然规律么？
曾庆存：首先一定要懂得和掌握运用自然规律，做到趋利避害。用现代的科学监测手段，知道了自然规律之后，可以很有效地利用自然界，但不能违反自然界的规律。改善或者说改造自然界，在某些方面和某种程度上是可以做到的。比如干旱和沙漠化，有防护林、塞罕坝，北京因此也就几乎没有了漫天沙尘的天气了。这个都是顺应自然规律的情况。但违反自然规律的事情坚决不能做，不但做不到，甚至要吃苦头，或适得其反。
现代人有个误解，以为“人定胜天”，就是按照人的意愿或意志可以改变自然界。其实，这个“定”字，不是“一定”的意思，什么叫定？古代的人，尤其是“天子”，讨论社会和人事问题，相信和强调天命，即由天命定下来的。春秋战国时代，有学者提出并非总是如此，人也可决定自己的命运，只要人做得对。这就是“人定胜天”的思想。
怎样可以“人定”呢？曾子的《大学》说：“知止而后能定，定而后能静，静而后能虑，虑而后能得。”可见，“知止”才能“定”。那么，什么是“止”呢？要“止于至善”。
“至善”即十全十美。就是人要修养好，认识和遵守规律。“能得”就是办得成事。可见，这个“定”是安定。安定，即懂得规律，遵循规律办事。推广到对待自然界，你必须懂得自然规律，按自然规律办事，就是说你安定了，能够找到办法了，就可以合理改良自然界的情况，和自然和谐相处。应该是这样解释。说人一定能够战胜自然界，这个说法是不对的，是夸张的。
实际上也就是说，人并不是无所不能的万物主宰。
曾庆存：是的，一定要认识自然规律，一定要按规律办事，不能违反自然规律。
得知获得2019年度国家最高科学技术奖后您有什么感想？
曾庆存：得到这个奖项我心情很平静，我还是要照样耕耘，照样带学生。毕竟国家让我上大学，没有这个我没有这些。感谢国家，因为国家不强大，我能够做什么？这是真真正正，从内心的感激。
以上综合央视新闻、网易、中国气象报访问资料
责任编辑：胡宇春
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