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中國科學院成里京團隊10多年深耕海洋觀測領域——

為海洋繪制“體溫”變化圖

本報記者 喻思南
2024年06月05日15:26 | 來源:人民網(wǎng)-人民日報
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原標題:為海洋繪制“體溫”變化圖(講述·弘揚科學家精神)

人物小傳

成里京,1988年生,山西呂梁人,中國科學院大氣物理研究所研究員,主要從事海洋觀測數(shù)據(jù)處理和重建、海洋熱含量變化、地球系統(tǒng)能量和水循環(huán)研究。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會2019年發(fā)布的海洋和冰凍圈特別報告采用了成里京團隊的研究數(shù)據(jù)。2020年,他獲得“謝義炳青年氣象科技獎”。

成里京辦公室的墻上,掛有一幅全球上層海洋熱含量變化圖。圖上,一條曲線持續(xù)向上,反映了過去半個多世紀海洋逐漸變暖的情況。

“瞧,這條曲線直觀反映了人類活動對氣候變化的影響,為我們采取應對措施提供了科學依據(jù)?!背衫锞└嬖V記者。

曲線看似簡單,背后卻凝結著成里京團隊10多年的探索和積累。

訂正探溫儀數(shù)據(jù)偏差,破解海洋變暖速度估算難題

全球變暖,地球多余的熱量聚集在哪兒?科學研究發(fā)現(xiàn),超過90%的熱量儲存在海洋。因此,觀察氣候變化,海洋熱含量變化是一個重要方向。然而,由于海洋觀測的歷史數(shù)據(jù)質量不高,準確估算海洋變暖速度成為一個難題。

2009年,成里京進入中國科學院大氣物理研究所(以下簡稱“大氣物理所”)攻讀博士學位。在導師的幫助下,他開始了海洋拋棄式探溫儀數(shù)據(jù)偏差研究。

拋棄式探溫儀是測量海洋溫度的傳感設備,數(shù)十年來,它一直是為海洋測“體溫”的主要工具。隨著研究的深入,專家們意識到,這種“體溫計”記錄的數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)性偏差。能不能研發(fā)出一套技術手段,將系統(tǒng)性偏差降到最低?

從數(shù)據(jù)底層開始鉆研,成里京逐漸摸清了數(shù)據(jù)偏差來源。2014年,他提出了一個新的偏差訂正方案。此時,國際上一些課題組也發(fā)布了類似方案,同臺競技,成里京團隊的方案由于考慮因素更多、模型更完善,得到國際學術界的廣泛認可。

克服觀測數(shù)據(jù)偏差,新的挑戰(zhàn)不斷出現(xiàn)。成里京告訴記者,人類觀測的海洋區(qū)域有限,且空間分布不均勻,僅憑現(xiàn)存數(shù)據(jù)無法描述海洋溫度變化全貌。成里京帶領團隊提出了新的數(shù)據(jù)空間融合方法,結合觀測數(shù)據(jù)和一系列氣候模型的模擬數(shù)據(jù),充分利用海洋變化的時空相關性,填補了一些缺少觀測海域的熱含量數(shù)據(jù)空白。

在上述兩個研究基礎上,2017年,成里京提出了一個海洋上層2000米熱含量估計。研究發(fā)現(xiàn),全球海洋過去60年變暖速率顯著快于以往判斷,且海洋變暖在上世紀90年代后顯著加速。

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會2019年發(fā)布海洋和冰凍圈特別報告《決策者摘要》,其中海洋溫度條目采用了成里京團隊的研究數(shù)據(jù),這是該系列報告自1990年首次發(fā)布以來第一次使用中國學者的全球性氣候觀測數(shù)據(jù)。

“被引用,意味著對我們研究的認可?!背衫锞└嬖V記者,起初國際上有學者質疑其權威性,團隊用扎實的科學數(shù)據(jù)支撐回應了質疑。

多年如一日與數(shù)據(jù)打交道,建立涵蓋多要素海洋數(shù)據(jù)庫

研究海洋熱含量變化需要更為準確的測算,相關的研究者不少,成里京為何能脫穎而出?

成里京給出了自己的答案:下“笨功夫”。

影響海洋溫度變化測算準確程度的因素很多,各個因素在不同海域、不同時間的影響千差萬別。不只是拋棄式探溫儀,顛倒采水瓶、機械式探溫儀、動物攜帶的傳感器等儀器記錄海洋數(shù)據(jù)時都會存在偏差。

有數(shù)據(jù)記錄以來,人類收集了總計1700多萬條海洋溫度觀測廓線,總數(shù)據(jù)超過1億條。只有盡可能地熟悉海量數(shù)據(jù),與它們“朝夕相處”,才可能構建出科學的模型。

2009年到2014年,成里京在大氣物理所攻讀博士學位期間,天天與數(shù)據(jù)打交道。除了研究拋棄式探溫儀數(shù)據(jù)偏差,成里京逐一對各類儀器數(shù)據(jù)展開系統(tǒng)性偏差的溯源、建模、訂正工作。為高效識別錯誤數(shù)據(jù),他梳理海量數(shù)據(jù)中不同類型的錯誤數(shù)據(jù),并逐一進行標記。幾年間,他編寫了上萬行代碼,嘗試用不同的方法計算海洋變暖速率。

分析和處理數(shù)據(jù),特別考驗耐心。成里京回憶,“程序或數(shù)據(jù)處理上,哪怕忽略一個小問題,工作都可能需要推倒重來?!?/p>

越是具有挑戰(zhàn)性,越是激起了成里京努力探索的決心?!氨仨氉鼋浀闷饡r間檢驗的研究?!背衫锞┩ㄟ^一遍遍地分析、處理數(shù)據(jù),漸漸摸清了數(shù)據(jù)的“脾氣”。扎實的研究獲得了回報,成里京建立起一個涵蓋溫度、鹽度、層結、溶解氧等要素的高質量的海洋數(shù)據(jù)庫。

“處理數(shù)據(jù)、構建模型投入時間長、出成果慢,但做科研,就要認真做有分量、高質量的成果?!背衫锞┱f。

成里京團隊在《科學》等頂級期刊發(fā)表論文40多篇,相關研究成果被國際學術界廣泛引用,3次入選“中國海洋與湖沼十大科技進展”,2021年入選國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展。

扎扎實實培養(yǎng)科研團隊,為海洋氣象研究提供更多人才

如今,成里京組建了一支包括研究生在內10多人的團隊。團隊一方面繼續(xù)在海洋觀測數(shù)據(jù)方面深耕,為這一領域研究者提供技術支撐;另一方面不斷探索海洋氣象的重要科學問題。

科研之外,成里京把很多精力放在了培養(yǎng)學生上?!拔覀儧]有周例會,同學們隨時可以找我交流,我和大家一起成長?!背衫锞┱f。

在博士生潘玉瑩看來,對科學研究,成里京總是精益求精。2021年,她下很大功夫寫了一篇關于海洋熱含量季節(jié)變化的論文,自認為比較滿意后提交給成里京。不久,成里京找她細致分析,對有問題的內容一一給出中肯的修改意見。經過反復修改和數(shù)據(jù)整理,兩年多后這篇論文才最終完成并發(fā)表。嚴格的學術訓練讓潘玉瑩收獲很大。

成里京扎實做研究的治學態(tài)度也影響著學生們。從本科四年級到讀博士,譚哲韜一直專注做海洋溫度、鹽度觀測數(shù)據(jù)的質量控制系統(tǒng),力圖解決不同測量儀器、測量手段導致的數(shù)據(jù)質量參差不齊的難題?!疤幚頂?shù)據(jù)工作很耗時很枯燥,有時甚至讓人產生了放棄的念頭,是成老師的鼓勵和幫助,讓我堅持了下來。”譚哲韜說。

經過高強度訓練,譚哲韜快速成長,他主導提出的新一代海洋溫度觀測數(shù)據(jù)質量控制系統(tǒng)獲得學術界肯定。該系統(tǒng)已經在中國氣象局、中國科學院海洋科學數(shù)據(jù)中心等機構實現(xiàn)了應用,并有望在未來海洋溫度監(jiān)測中發(fā)揮作用。

國內外對海洋和氣候變化的重視,為年輕的研究者開展科研提供了條件?!八麄儗W術訓練底子好,國際視野開闊,相信一定能形成更多原創(chuàng)性的成果?!背衫锞┱f,“過去,我們做研究以得到國際社會認可為榮,未來我們要爭做行業(yè)引領者,讓別人以得到我們的認可為榮?!?/p>

■記者手記

先苦后甜 方結碩果

30多歲的成里京在海洋氣象研究領域取得了不小的成績,靠的是什么?采訪中,記者體會到,舍得下“笨功夫”至關重要——從數(shù)據(jù)底層做起,多年如一日進行瑣碎的數(shù)據(jù)處理并提出解決問題的方案。正是這些從事基礎工作的“苦”,換來日后學術成就上的“甜”,才有了海洋氣候領域的研究新突破。

科技創(chuàng)新,尤其基礎研究周期比較長,是一場“寂寞的長跑”,先“苦”后“甜”乃科研規(guī)律。倘若急于求成,熱衷“短平快”研究,雖能嘗到一時之“甜”,卻很可能因為沒有打牢基礎,最終在科研競賽中落在后面。期待更多科研人員可以像成里京一樣,甘于先“苦”后“甜”,為我國的科技創(chuàng)新貢獻更大力量。

(責編:焦隆、王彤)

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