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黄建平:坚守西北高原的科研之路

发布者:点击量:发布时间:2024-03-20

 
作者:叶满山 来源:中国科学报 发布时间:2024/3/20 10:59:04
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黄建平:坚守西北高原的科研之路

 

在广袤的西北高原,黄土高原与青藏高原相互交织,并与古老的黄河文明相伴。正是在这样特殊的地理环境下,扎根着一位地球科学领域卓越的科学家,他就是中国科学院院士黄建平。

2003年,在美国工作12年的黄建平毅然放弃了国外的一切,回到大西北,投身于半干旱气候变化的研究。

过去20年里,他建立了我国首个半干旱气候与环境综合观测平台,并成功研制出适用于极端恶劣条件下作业的移动监测系统,开拓了干旱化研究的新思路。他还开创了荒漠化和生态安全评估的新途径,构建了全球荒漠化和生态安全脆弱性指数,为全球气候与生态研究贡献了宝贵的中国智慧与力量。

  黄建平院士。受访者供图。

大气出发,以国家需求为己任

1995年圣诞节,出国深造不久的黄建平,收到一封来自博士导师、中国科学院院士丑纪范的长信。

信中,丑老师的话语如同晨钟暮鼓,敲打着他的心扉:“你是一个有能力的人,应该投身到祖国建设中,为国家做贡献。”

此后,丑老师在美国探亲期间,也多次打电话动员他回国。当时,兰州大学正计划建立大气科学学院,但缺乏领军人物。

最终,黄建平做出了决定,放弃国外的优厚待遇和平静生活,回归故土,回到祖国最需要的地方。

回国后的黄建平,出任了兰州大学大气科学学院首任院长。尽管他已有心理准备,但实际面临的压力仍然超出了预期。

2004年以前,兰州大学大气学科师资力量薄弱、科研基础弱、科研经费严重短缺,更让他忧心的是,一级学科博士点面临被“摘帽”的困境,这对他来说无疑是一个巨大的挑战。

在征求了丑老师等前辈的宝贵建议后,他决定用有限的经费建立一个专注于半干旱气候区的气候与环境观测站。

黄建平意识到,这片半干旱区,虽然环境恶劣,气候敏感而脆弱,沙尘暴频发,大气污染严重,但却是一个天然的实验室,一个可以深入研究气候变化和环境问题的绝佳场所。

为了获取第一手数据,黄建平决定在海拔1900多米的萃英山上建立观测站。

山路崎岖,公路尚未修好,车辆难以通行。黄建平院士和团队成员们只能肩扛手拽,将沉重的仪器设备一步步运上山。

经过数月的努力,全国高校第一个具有国际水准的观测站——SACOL终于建成,填补了我国西北地区气溶胶、云、降水、陆—气相互作用等长期连续综合集成观测的空白。从此,黄建平和他的团队开始了与沙尘暴等极端天气相关的环境和气候监测工作。

随着时间的推移,SACOL观测站的数据越来越多,黄建平的研究也取得了突破性进展。他发现了全球半干旱气候变化的新机理和加速扩张现象,揭示了大气物理过程与干旱气候变化耦合相互作用的新机理,同时,还揭示了东亚沙尘气溶胶的传输路径,在国际上首次提出亚洲沙尘气溶胶半直接效应的干旱化作用。 这些成果不仅为气候科学领域带来了新的突破,也为国家的生态安全提供了重要支撑。

 黄建平带领团队赴东北地区开展大范围季节性积雪中黑碳物质的外场采样试验。受访者供图。

踏雪追沙,科研之心永不息

青藏高原,这片被誉为“世界屋脊”的神秘之地,其气候环境极为复杂多变。

2007年,黄建平带领团队,通过长期的观测和研究发现,青藏高原夏季沙尘暴的频发与特定的气候条件和地形地貌密切相关。这些沙尘暴不仅规模宏大,而且频繁发生,对当地的气候和环境产生了深远的影响。

他通过分析实测数据资料后发现,这些沙尘暴携带着大量的沙尘气溶胶,这些气溶胶具有强烈的吸收性,能够吸收阳光的热量,可能会使西藏地区的气温上升,从而改变该地区的气候模式。更为重要的是,这种气候变化还可能进一步影响印度季风的发展,对亚洲乃至全球的气候系统产生连锁反应。

为了深入研究这些沙尘暴的成因和影响,黄建平利用先进的模拟技术和尘埃微粒形状分析手段进行了综合观测研究,发现这些气溶胶的主要来源并非人类活动产生的污染物,而是来自邻近的塔克拉玛干沙漠。这些沙尘暴将沙漠中的细小颗粒吹扬至高空,形成了大量的气溶胶,进而影响了西藏乃至更大范围的气候系统。

沙尘气溶胶在大气中扮演着复杂的角色,它既可以抑制降水,也可以促进降水。

黄建平进一步观测发现,当沙尘颗粒物进入云层后,它们可以作为云滴的凝结核,使得云滴快速长大,进而形成雨滴。利用沙尘气溶胶这一特性,可以更加精准地预测和调控降水过程,为合理开发利用空中云水资源、缓解北方干旱等问题提供理论依据和技术支持。

基于此,黄建平开创了“沙尘与云和降水相互作用及对干旱气候影响”基础理论成果。他在国际上首次提出亚洲沙尘气溶胶半直接效应的干旱化作用,首次发现了青藏高原夏季沙尘暴频发的典型特征,为沙尘气溶胶对青藏高原及下游地区天气影响研究提出新的思路。该成果荣获2013年度国家自然科学奖二等奖。

2010年,黄建平带领团队在中国北方进行了一场大规模的积雪观测研究。起因是外国机构认为极地冰雪融化速度加快的元凶——黑碳,可能来自中国。

为了打破国外舆论的不实猜测,黄建平穿梭于北方七省,对近150个观测点进行了密集观测。

经过数月的努力,他们采集到了2100多个积雪样品,并对样品中的黑碳气溶胶进行了精确测量和定量分析。结果显示,国外某些研究可能对中国地区的积雪中黑碳含量进行了过高的估计,从而错误地放大了中国在全球变暖中的影响。

更令人振奋的是,他们的初步研究表明,北极地区日益增加的黑碳含量并非主要来自中国,而这一发现像一把精细的手术刀,切入了黑碳含量这一关键领域。

这一研究不仅填补了我国积雪中黑碳气溶胶观测研究的空白,而且为我国积极应对全球气候变化提供了新的科学证据,为我国在碳排放的外交谈判以及政府间工作报告提供了重要的数据支撑。

在后续的科研进展中,黄建平还自主研发了生物气溶胶激光雷达,使我国成为继美国、日本之后,少数几个可以生产生物气溶胶激光雷达的国家。

 黄建平带领团队赴塔克拉玛干沙漠腹地开展系留球探空观测试验。受访者供图。

科研育人,传承坚守与热爱

20多年来,黄建平团队被评为“全国高校黄大年式教师团队” ,大气科学学科入选教育部“双一流”建设学科。

黄建平经常告诉学生们,要想成为国家的栋梁之材,就要具备黄大年式的优秀品格和奉献意识。他经常带着学生参加野外科学观测试验,通过野外工作锤炼品格,磨练意志。

为采集到更准确的数据,野外观测通常都在比较艰苦的地方进行。

如他们曾在白银市景泰县一处被废弃的农场建立了一座临时观测站。景泰县地处黄土高原与腾格里沙漠过渡地带,常年干旱缺水,那里“连洗澡都是一种很奢侈的行为”,但那里也是理想的沙尘观测地,可以为野外试验提供必要的后勤保障,更重要的是在接近沙漠的地区,沙尘颗粒相对纯净,几乎没有被污染,更有利于监测数据进行对比验证。

在农场的简陋宿舍里,团队成员们常常一住就是两三个月,生活条件简陋,每日仅靠方便面充饥,饮用水和生活用水都是沉淀后的黄河水。

还有一次,黄建平带领团队成员在甘肃民勤的巴丹吉林沙漠开展沙尘暴野外观测试验,当地治沙站的工作人员发现黑风暴即将来袭,放下了手中的铁锹,大声呼喊着他们迅速撤离。

在当时的紧迫形势下,他们来不及关闭仪器设备,只能就近躲避。几分钟后,强烈的黑风暴就裹挟着沙石和尘土,如同愤怒的巨兽般席卷而来,瞬间将观测站笼罩在了一片混沌之中。

不知过了多久,黑风暴渐渐退去,观测站内一片狼藉,床铺、饭盒和仪器设备上都覆盖了一层厚厚的沙土。然而就是这次突袭的沙尘暴,没有来得及关闭的设备完美的捕捉到了这次强黑风暴演化的全面过程,为揭示我国西北地区典型黑风暴的垂直结构,发生、发展和减弱机制提供了宝贵的基础资料。

条件虽艰苦,但目标远大。黄建平为团队树立了“立身荒漠 追求梦想 创建一流”的核心理念,艰苦的野外环境锤炼了他们的品格意志,也让他们坚定了把国家需求作为自己的责任和担当,建设祖国西北的决心。

黄建平用自己和团队的成长经历,为大家树立了在艰苦的环境中一样可以做出一流的成果,培养一流的人才的成功榜样。黄建平在给本科生、研究生上课时,经常告诉他们“你们不要看到这个荒凉的景象就泄气、迷茫,只有荒凉的沙漠,没有荒凉的人生”,当学生们看到这些成绩和经历后,渐渐地坚定了留在西北建设西北的决心。

“我希望未来年轻的科研人员首先要有家国情怀,要有敢于在恶劣环境中坚持奋斗的精神品质,在科研的道路上持之以恒地追求卓越,不断创新,不断进取,驰而不息,永远奔赴在奋斗的道路上。”黄建平说。