張強：三十載逐夢路 干旱大地灑青春

本刊記者　戶 萬

張強：三十載逐夢路 干旱大地灑青春

本刊記者戶 萬

在辦公室

“大漠孤煙直，長河落日圓”，王維在《使至塞上》中描述了一幅黃沙莽莽，無邊無際，不見草木，人跡罕至的場景。正是在這樣一片邊塞蒼涼悲壯的土地上，甘肅省氣象局研究員兼蘭州大學(xué)博士生導(dǎo)師張強就像一位勇士，一直堅守在我國這塊旱災(zāi)重地，將青春年華揮灑于這片多災(zāi)的土地上。他30年來專注于干旱氣象研究，先后主持國家“973”、國家科技支撐計劃、國家科技攻關(guān)和國家自然基金重點項目等10余個國家級研究課題，對干旱減災(zāi)等重大科學(xué)問題進行了大量科技攻關(guān)，成績斐然，學(xué)術(shù)影響遠播海內(nèi)外。

青絲染霜華 拳拳赤子心

1965年，張強出生在甘肅省靖遠縣，一個西部文明古老的縣份。她歷史源遠流長，文化積淀深厚，自古就是連接中原與西域的必經(jīng)通道，成為古絲綢之路北線重鎮(zhèn)之一，素有“秦隴樞機”“金城鎖鑰”之稱謂。在這片群山環(huán)繞的土地上，張強度過了他快樂而充滿幻想的童年生活，他時常凝望著荒蕪的山梁，想象著外面的世界。

18歲那年，張強考入成都氣象學(xué)院氣象系學(xué)習(xí)，雖是懵懂中選擇的專業(yè)，卻因此把他引入氣象領(lǐng)域的大門。4年的青蔥歲月充實而又短暫，大學(xué)畢業(yè)之際，他懷著對家鄉(xiāng)質(zhì)樸的熱愛毅然返回甘肅，堅守西北，潛心科研。1993年，張強進入南京大學(xué)攻讀碩士學(xué)位，隨后赴美國亞利桑那大學(xué)任客座研究員。在這期間張強已逐漸在大氣科學(xué)界嶄露頭角，開始不斷有國內(nèi)外多所知名學(xué)校和發(fā)達省市的研究院所向他拋來橄欖枝，面對優(yōu)越的研究條件和優(yōu)厚的生活待遇，張強并沒有動心，倔強地選擇回到甘肅，回到那塊天然干旱試驗場，回到那既貧窮落后又令他牽掛難舍的故土。他說，他就想為家鄉(xiāng)做點事。

回到家鄉(xiāng)后，張強加入了中科院蘭州高原大氣所高原氣候與環(huán)境開放實驗室，后競聘中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，執(zhí)掌干旱研究。他始終堅持在科研一線，先后發(fā)展了干旱災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警及減災(zāi)技術(shù)；對干旱區(qū)陸-氣相互作用的認識取得了新突破；創(chuàng)新了旱作農(nóng)業(yè)受氣候變暖影響的科學(xué)認識；發(fā)展了沙塵暴形成理論及監(jiān)測預(yù)警技術(shù)等，對氣象防災(zāi)減災(zāi)尤其干旱減災(zāi)技術(shù)做出了重要貢獻。

1995年，張強由于工作成績突出被破格聘任為副研究員，3年后又被破格晉升為研究員，當時的他年僅33歲，就已在事業(yè)上表現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭。多年來，張強獲得的各種獎勵和榮譽證書摞在一起足足有2尺高，在他主持完成的眾多研究成果中有不少已達到國際領(lǐng)先或先進水平，獲得國家科技技術(shù)進步獎二等獎1項，省部級科技進步獎和自然科學(xué)獎一等獎2項，省部級科技進步獎二等獎9項，省部級科技進步獎和自然科學(xué)獎三等獎3項；在國內(nèi)外主要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文400余篇，出版專著10部，其中被SCI收錄70余篇，被EI收錄30多篇，被SCI論文引用527次，被CSCD引用2509次。在近年《中國期刊高被引指數(shù)》報告的全國大氣科學(xué)領(lǐng)域個人排名連續(xù)位列前茅。

2003年12月張強被任命為甘肅省氣象局副局長。但他依舊平易近人，兢兢業(yè)業(yè)，執(zhí)著奉獻在工作一線。在同事眼中，他是可信賴的領(lǐng)導(dǎo)；在年輕人心中，他是看齊的標桿。有同事曾這樣評價張強，他有著雷厲風(fēng)行的辦事風(fēng)格，精干高效的辦事能力，而且還熱愛生活，注重工作樂趣和生活情趣，也不失幽默風(fēng)趣。張強的學(xué)生們除了同樣認為他詼諧智慧外，還深刻體會到他能鼓勵和帶動身邊的人積極向上，“為人謙和、心胸開闊、勇于挑戰(zhàn)、富有開拓精神”，這是身邊不少人對他的評價。

癡心干旱科學(xué) 創(chuàng)新斬獲國獎

2013年，由張強主持的“中國西北干旱氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警及減災(zāi)技術(shù)”，成果有多項技術(shù)居國際領(lǐng)先地位，喜獲國家科技進步獎二等獎。在當時，很多人都沒想到一個經(jīng)濟欠發(fā)達的西部邊陲省級氣象部門能獲此大獎?？v觀歷屆國家級大獎，一般每年全國氣象行業(yè)也最多只能獲得1項，國家級科研機構(gòu)和業(yè)務(wù)中心之間的競爭本就很激烈，以往從未被省級氣象部門獲得過，更何況全國還有眾多實力雄厚的發(fā)達省市氣象部門。甘肅省氣象部門能夠從數(shù)不勝數(shù)的技術(shù)實力和項目資金雄厚的單位中脫穎而出，究竟有何“秘訣”？

中國工程院院士魏復(fù)盛為張強頒發(fā)年度人物獎

答案很簡單，就是“堅持”與“創(chuàng)新”。該成果由中國氣象局蘭州干旱氣象研究所聯(lián)合南京信息工程大學(xué)、中科院寒旱所和國家氣候中心等49個科研院所、高校和業(yè)務(wù)單位，在國家科技攻關(guān)計劃等18個項目資助下，從1990～2010年，歷經(jīng)20多年，圍繞西北干旱氣象災(zāi)害形成機理、監(jiān)測與預(yù)警，及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響和減災(zāi)技術(shù)，開展了系統(tǒng)深入的研究與成果應(yīng)用推廣。項目成果顯著提升了氣象干旱及其衍生災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)警水平和服務(wù)效益，使西北重大氣象干旱事件預(yù)測準確率提高10%左右，準確預(yù)測了多次西北重大干旱，為政府及有關(guān)部門提供了及時有效的氣象服務(wù)；開發(fā)的人工增雨抗旱決策指揮系統(tǒng)，每年科學(xué)指揮人工增雨作業(yè)面積達24萬km2左右，覆蓋甘、寧和蒙部分地區(qū)，根據(jù)模型計算每年增加降水15億m3左右，直接經(jīng)濟效益15億元左右；在祁連山區(qū)科學(xué)開發(fā)利用空中云水資源，使石羊河下游流量在2010～2012年達到2.6～2.9億m3，提前8年完成了國務(wù)院提出的約束性指標；研發(fā)的大型稱重式蒸滲計和人工增雨抗旱決策指揮系統(tǒng)推廣應(yīng)用到蒙、陜等多省（區(qū)）為干旱監(jiān)測以及抗旱減災(zāi)提供了重要技術(shù)手段；提出的旱作農(nóng)業(yè)減災(zāi)技術(shù)在西北旱區(qū)推廣應(yīng)用，有效保障了該地區(qū)糧食連年穩(wěn)定增產(chǎn)。

該成果取得軟件著作權(quán)2項，發(fā)表論文1238篇（SCI57篇、EI41篇），他引7422次；發(fā)表出版《干旱氣象學(xué)》等專著及研究生、本科生教材20部。主辦“The International Symposium on AridClimate Change and Sustainable Development”等多場國際會議，展示干旱研究成果，在國際上產(chǎn)生了重要影響。培養(yǎng)了數(shù)10名國家級和省部級優(yōu)秀人才及數(shù)百名高級技術(shù)人員和數(shù)百名研究生，打造了一支在國際上有影響的干旱科研團隊。國家權(quán)威學(xué)者Christine（2008）在Hydrobiologia上發(fā)表的論文指出：“張強等通過在中國西部干旱區(qū)開展的觀測試驗，得到了10cm深度以下土壤水分幾乎不參與土壤水分的呼吸過程，這一深度的確定，對理解干旱地區(qū)土壤蒸散過程和長期的干旱氣候的形成機理具有重要意義?！?/p>

理清干旱機理 揭開干旱面紗

認識西北干旱形成和演變的機理，及重大干旱事件發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，是防旱減災(zāi)的重要基礎(chǔ)。在項目中，張強及團隊首先揭示了青藏高原熱力作用影響西北干旱的物理機制。他們研究發(fā)現(xiàn)西北異常干旱最強的信號之一是青藏高原下墊面的熱狀況，并提出了表征這種熱狀況的高原溫度距平指數(shù)、高原地面加熱強度距平指標、高原地面感熱通量、高原出射長波輻射指數(shù)和高原積雪指數(shù)等定量物理指標，發(fā)展了高原季風(fēng)指數(shù)。提出“高原加熱場異常增強，高原上升氣流加強，高原東北側(cè)下沉氣流加強，新疆脊增強，東亞槽加深，將形成‘西正東負’的西北典型干旱流型”，由此，團隊建立了高原熱力作用與西北干旱的物理聯(lián)系，為西北干旱監(jiān)測預(yù)警提供了重要理論支撐。

在此基礎(chǔ)上，團隊首次發(fā)現(xiàn)了形成西北典型干旱流型的4種物理途徑，它們分別是通過基流對上游反氣旋渦度的平流輸送；南側(cè)氣旋性渦旋的能量頻散；高原熱力強迫引起的頻散和偶極子型熱源激發(fā)。它們均能形成高度距平“西正東負”的西北典型干旱環(huán)流模態(tài)，尤其偶極子型熱源激發(fā)的干旱流型占據(jù)主導(dǎo)地位。并且發(fā)現(xiàn)這種典型流型不只限于500hPa一個層次，而是在從低層850hPa到高層70hPa的整層大氣中均存在。成果在Geophysical Research Letters上發(fā)表，被美國地球物理協(xié)會選為AGU 2006年亮點論文。

與此同時，團隊還發(fā)現(xiàn)了西北干旱與北半球的主要干旱區(qū)存在著一種遙相關(guān)聯(lián)系。西北區(qū)干旱具有獨特的沿大圓路徑遙相關(guān)波列結(jié)構(gòu)，這種波列結(jié)構(gòu)反映出大氣環(huán)流在各個不同區(qū)域的異常狀態(tài)和相互聯(lián)系。從北非開始、到阿拉伯、到中亞、再到中國西北，干旱呈現(xiàn)出年代際東傳規(guī)律。該成果為西北干旱形成和年度預(yù)測提供了科學(xué)依據(jù)。除此以外，他們還發(fā)現(xiàn)西北干旱還與臺風(fēng)活動和梅雨存在密切聯(lián)系。

在對干旱的認識上，團隊最大的突破之一莫過于系統(tǒng)地認識了厄爾尼諾與西北干旱之間的物理聯(lián)系。他們成功建立了西北地區(qū)逐季和逐月降水異常與赤道中東太平洋海溫異常的物理關(guān)系，得到了西北不同區(qū)域、逐月干旱的預(yù)測判據(jù)和前期海溫異常信號，揭示出“海溫異常-大氣環(huán)流異常-月/季降水異常-西北旱/澇”的發(fā)生機理，并構(gòu)建了物理概念模型；不僅如此，還首次將影響西北干旱的海溫異常區(qū)域擴展到整個北太平洋，發(fā)現(xiàn)除了赤道中東太平洋外，西太平洋副熱帶海區(qū)和日本以東海區(qū)的海溫異常同樣與西北地區(qū)旱/澇有著密切聯(lián)系。成果獲省部級科技進步獎一等獎。

張強（左四）深入高原荒漠探求干旱真相

開發(fā)先進技術(shù) 捕捉旱災(zāi)蹤跡

如何對西北干旱氣象災(zāi)害進行監(jiān)測，是團隊面臨的第二個關(guān)鍵問題。于是，團隊基于降水和蒸發(fā)的相對變率，創(chuàng)建了適合于西北地區(qū)干旱監(jiān)測的K指數(shù)，該指數(shù)消除了由于各地降水、蒸發(fā)量級不同而產(chǎn)生的影響；同時建立了以徑流量為要素的內(nèi)陸河灌溉區(qū)徑流量Z指數(shù)，實現(xiàn)了對灌溉區(qū)的干旱監(jiān)測和評估。還利用試驗獲得分區(qū)域的徑流系數(shù)修訂了水文常數(shù)，并引入FAO推薦的P-M方法估算蒸散，發(fā)展了帕默爾旱度模式。“以史為鑒，可以知興替”，一項浩大的工程就此展開，團隊綜合運用歷史文獻、樹木年輪、河流流量、內(nèi)陸湖泊水位等資料，重建了1470～2008年西北地區(qū)極端干旱事件序列，認識了重大干旱事件的分布規(guī)律。

干旱監(jiān)測重在及時、準確和全面地反映干旱氣象現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，其一定離不開新技術(shù)和設(shè)備的輔助。團隊開發(fā)了基于AVHRR、MODIS、FY-2C、FY-3/MERSI等多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的西北干旱監(jiān)測新方法及基于遙感數(shù)據(jù)與氣象、土壤墑情和地理信息等數(shù)據(jù)集成融合的西北地區(qū)干旱遙感監(jiān)測技術(shù)。我國氣象部門第一臺大型稱重式蒸滲計就誕生于該團隊之手，據(jù)悉該設(shè)備采用強力彈簧作為平衡力，平衡掉“死”負載，用小量程、高精度的稱重傳感器測量“活”負載的變化，創(chuàng)新了大型蒸滲計的稱重技術(shù)原理。其測試靈敏度和精度分別可達到0.01mm和0.1mm水柱。

在應(yīng)用技術(shù)軟件開發(fā)上，團隊自主研發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的“西北干旱監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)”。系統(tǒng)包括干旱信息收集存儲、監(jiān)測診斷、預(yù)警、評估和決策服務(wù)等5個子系統(tǒng)，同時還集成了黃河上游流量、內(nèi)陸河流量、春季第一場透雨、沙塵暴、連陰雨和夏季高溫時段等預(yù)測預(yù)警信息。據(jù)張強介紹，該系統(tǒng)對不同的干旱監(jiān)測方法、預(yù)警、預(yù)測指標和物理模型進行了科學(xué)集成，并可依托氣象站網(wǎng)和各類試驗基地，對干旱信息進行實時收集、快速處理、有效管理、及時發(fā)布和災(zāi)后評估。成果獲省部級科技進步獎（二等）多項。

眾所周知，沙塵暴是干旱的主要衍生災(zāi)害之一，因此對沙塵暴的探索也是干旱防治中必不可少的一環(huán)。該團隊通過深入研究，揭示了干旱與沙塵暴的相互作用機理，認識了干旱對沙塵暴起沙機制和沙塵傳輸?shù)挠绊懱卣鳎罱K發(fā)展出適合西北干旱環(huán)境特征的沙塵天氣數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)GRAPES_SDM，使西北沙塵天氣的預(yù)報準確率達到了85%～90%，實現(xiàn)了沙塵暴預(yù)報的精細化和定量化。成果已在西藏和新疆等區(qū)域業(yè)務(wù)化應(yīng)用，顯著提高了沙塵暴預(yù)報準確率。

上天入地尋水源 造福千里赤地

水，對于干旱的西北地區(qū)來說無疑是“珍寶”，缺水是干旱災(zāi)害的“病根”。然而，我國西北甚至北方大部均降水明顯不足，單靠在降水上做文章難以從根本上解決干旱問題。于是，張強團隊將視線放在了露水上，它同樣能滋潤土壤。鑒于此，團隊將研究聚焦在干旱區(qū)露水的形成規(guī)律上。試驗發(fā)現(xiàn)，干旱區(qū)降露水對陸面水分收支的貢獻十分顯著，能達到降水量的20%左右；降露過程對風(fēng)速、大氣濕度、近地層溫度梯度和天氣條件的依賴很強，在風(fēng)速為1.5m/s、相對濕度大于80%和逆溫強度為0.25℃時降露量最大。由此，提出了陸面水分的“呼吸”過程。在此基礎(chǔ)上，還就如何開發(fā)利用露水資源給出了一套科學(xué)的方法。

另外，團隊還揭示了干旱荒漠區(qū)近地層水分輸送機制。研究表明，臨近綠洲的荒漠近地面層普遍存在大氣逆濕和負水汽通量現(xiàn)象，并且二者出現(xiàn)頻率并不完全一致，由此他們提出“臨近綠洲荒漠近地面層具有特殊的水汽負梯度輸送特征”，對荒漠化治理具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。被稱為“沙海明珠”的綠洲，其獨特的自我維持機制對抵御干旱侵蝕很重要。經(jīng)團隊研究發(fā)現(xiàn)，綠洲對其下游荒漠陸面水分過程影響范圍與綠洲空間尺度大致相當，影響程度約為平均值的1/4；而且其白天逆溫層對蒸發(fā)的抑制作用和臨近綠洲的負水汽通量對陸面水分的貢獻等是有利于綠洲自我維持的良性水分循環(huán)機制。在此基礎(chǔ)上，團隊從系統(tǒng)論角度提出了綠洲維持所需要的最佳內(nèi)、外部條件。“這項研究揭示了綠洲對鄰近荒漠陸面水分輸送的影響規(guī)律和綠洲獨特的自我維持機制，對保護和開發(fā)綠洲具有重要技術(shù)指導(dǎo)意義”，說到這張強眼中充滿了希望。

除了在地面尋水，為何不向天“借水”？在新思路的指引下，團隊提出地形云形成物理模型和云水資源開發(fā)利用概念模型。中國國家地理曾就祁連山對中國的意義有著這樣的描述：“東部的祁連山，在來自太平洋季風(fēng)的吹拂下，是伸進西北干旱區(qū)的一座濕島”，于是團隊深入祁連山區(qū)，開展了多年的地形云和云水轉(zhuǎn)化野外試驗，他們在研究中發(fā)現(xiàn)，祁連山區(qū)潛熱通量是感熱通量的近兩倍，較大的水汽有利于陸-氣水循環(huán)的加強和云的形成；祁連山區(qū)云的光學(xué)厚度、云粒子有效半徑、云液態(tài)含水量及大氣水汽密度等均為高值，而且近年來云總光學(xué)厚度和總云水路徑呈上升趨勢，有利于開展人工增雨。

隨即，他們改進了美國NASA積雪監(jiān)測方法，有效提高了祁連山積雪監(jiān)測的精度；選用衛(wèi)星反演的大氣水汽密度（大氣柱水汽含量）以便更好反映山區(qū)降水的分布特征，并建立了基于微波輻射資料反演的水汽含量與雨強的數(shù)理關(guān)系，為科學(xué)指揮祁連山區(qū)人工增雨（雪）抗旱作業(yè)提供技術(shù)支撐。

在扎實的理論認識基礎(chǔ)上，團隊研發(fā)了作業(yè)條件自動報警和網(wǎng)絡(luò)化管理的人工增雨抗旱作業(yè)指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括作業(yè)設(shè)備管理、大氣探測分析、作業(yè)預(yù)警、決策指揮和效果評估5個子系統(tǒng)。實現(xiàn)了增雨作業(yè)條件的自動判識和抗旱需求的綜合判斷，自動生成人工增雨作業(yè)指導(dǎo)產(chǎn)品，提高了人工增雨抗旱決策指揮的科學(xué)性和自動化水平。推廣應(yīng)用到新、滇等多?。▍^(qū)），為抗旱減災(zāi)發(fā)揮著重要作用。成果獲省部級科技進步獎（二等）多項。

心系農(nóng)業(yè)發(fā)展 獻計防旱減災(zāi)

作為農(nóng)民的兒子，張強對農(nóng)村農(nóng)業(yè)有著特殊的感情，它始終心系農(nóng)業(yè)發(fā)展。然而，在西北地區(qū)旱災(zāi)是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的頭等問題。近30年，在氣候變暖影響下西北地區(qū)干旱明顯加劇，旱作秋播作物播種期推遲4～13天，春播作物播種期提前3～25天；小麥等有限生長習(xí)性的作物全生長期縮短；棉花等無限生長習(xí)性的作物全生長期延長。干旱灌溉區(qū)棉花、玉米和春小麥對變暖響應(yīng)的敏感性依次減小，存在“熱量效用遞減”現(xiàn)象。氣候變暖還影響了作物的生理生態(tài)和品質(zhì)。隨著氣候變暖，西北半干旱區(qū)春小麥葉片的氣孔導(dǎo)度、光合作用和干物質(zhì)積累減小，而蒸騰速率增加；豌豆-春小麥-馬鈴薯輪作系統(tǒng)的水分利用效率呈指數(shù)減小，若增加灌溉量輪作系統(tǒng)的水分利用效率則直線減??；作物籽粒中淀粉含量下降、蛋白質(zhì)含量上升、痕量元素增加，這都會影響到作物品質(zhì)以及食品安全。據(jù)張強介紹，氣候變暖還會引起耕作層土壤的酶活性下降，土壤水分蒸發(fā)加快，帶動土壤鹽堿成分向上移動，從而加重土壤鹽堿化程度。

針對干旱化和氣候變暖引起的問題，團隊提出了覆膜保墑旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)的技術(shù)指標。對覆膜壟溝集雨、節(jié)水控灌、集雨補灌、壓砂補灌、秋季覆膜、早春覆膜、一膜兩季、留膜留茬越冬等旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)進行了深入的技術(shù)試驗，開發(fā)出了田間壟溝集雨、地膜覆蓋、抗旱品種和集雨補灌等抗旱減災(zāi)和應(yīng)對氣候變暖的最佳技術(shù)組合方案。有數(shù)據(jù)顯示，應(yīng)用“覆膜壟上穴播”和“覆膜壟間種植”等抗旱技術(shù)，在春小麥全生育期科學(xué)補充灌溉，產(chǎn)量可提高15%～20%；組合不同壟作和補充灌溉技術(shù)，春小麥產(chǎn)量可提高17.7%～30%。最近，該團隊的有關(guān)科研成果通過新華社《國內(nèi)動態(tài)清樣》反映到了決策高層，引起了高度關(guān)注，甘肅省林鐸省長批示到“情況反映及時準確，涉及的問題將伴隨扶貧全過程，這是我省自然條件、環(huán)境狀況決定的，要積極應(yīng)對，早為之計，精準施策。各副省長、有關(guān)部門、市州縣都應(yīng)研究。”

張強說，30年春夏秋冬苦中有甜，再付畢生心血同樣無悔。在參訪結(jié)束時，張強抬起頭凝視著遠方，仿佛在告訴記者，他的科學(xué)夢還會繼續(xù)，他的理想仍在遠方。未來，張強會繼續(xù)根植黃土，沿著自己的目標，帶領(lǐng)他的團隊潛心耕耘，用汗水澆灌出更多科技碩果。