
风雪观测路
每天,我都会在一天中的同一时间沿着同一条路来到这里,无论是零下30摄氏度的极寒抑或地面13级以上的狂风,并且卡着11时整点(北京时间14时),把在中山站的整点气象观测数据传回国内。
在南极外出,我们都会穿着“笨重”的企鹅服(连体式防寒服),戴着厚厚的保温手套。像更换自记录纸和拧螺丝这样简单的工作,平时一分钟就能顺利完成,但在零下二三十度的环境中,刚摘下手套手就会被冻得麻木。操作几下就要缩回兜里取暖,有时实在冷得受不了就赶紧躲进室内缓一缓再继续完成工作,来来回回折腾上十多分钟是家常便饭。大风是我们要面对的另一项挑战。记得刚上站时,我对南极的大风还没有直观的印象,只是在“老南极们”之间都流传着一句话,“南极的冷不一定能冻死人,但南极的风能杀人”。有一次出门巡视的过程中突遇十级大风天气过程,狂风卷起的沙尘和积雪遮天蔽日,去程顺风被推着走 “刹不住车”,回程逆风顶着我“寸步难行”。凛冽的寒风狠狠抽打在我的脸上让我眼不能视,即便戴着厚厚的面罩脸上也还是如同刀割,最后只好退回观测栋中等待。
在这样极端的气候下,仪器故障就成了常态。低温会把线缆冻得易碎,而强劲的风会将线缆在岩石上来回磨损。南极中山大气成分观测栋是我主要的工作场所,为了减少人类活动对于大气本底监测的影响,观测栋建在距离站区一公里的天鹅岭之上,几乎是距离站区最远的观测栋之一。为了保障观测的连续和稳定,我坚持每天对观测设备进行两次巡检,这样能让我及时发现潜在问题并着手解决。在暴风雪等恶劣天气的情况下,巡检次数会更多。而这样日复一日的“巡山”已经在南极每一代气象人中延续接力了35年。
把脉地球之息
在来南极前,虽然我已经从事多年极地气候变化的相关研究工作,但直到我到了现场,才对这一问题有了更为直观的感受和深入的思考。听老队员说,大概在10年前中山站的货物运输还是以“海冰卸货”为主,那个时候的海冰能够承担上吨重的货物,科考队在海冰上修出一条简易的“高速公路”,再将卸到冰面上的物资用雪地车拉回站区。而今年,中山站外围的海冰融化得很严重,因此只能采用直升机来往返吊运物资,导致卸货时间延长。
张雷在度夏期间海冰调查工作间隙
“南极洲冰盖消融”是全球15个气候临界点事件之一,一旦被突破,气候系统将很难回至原来的稳定状态。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告的综合报告指出,大气成分观测则是评判减排效果、应对气候变化的关键和基础。大气成分观测栋已经在天鹅岭矗立了16个年头,它像一位医生“把脉”着南极的呼吸,又像一名战士日夜守护着这片“白色星球”。这些准确、可靠的一手数据,为我们进行全球气候变化研究积累了重要家底,也为我国在国际气候变化谈判中打足了底气。身处气候临界点所在地,我不仅直观地感受到了气候变暖带来的影响,同时也更加深刻地认识到我们所从事工作的意义。
守护净土
南极素有“地球上最后一片净土”之称,它的生态系统独特且脆弱。保护环境是每个南极科考队员上站前的第一课,科考站平时执行了严格的垃圾分类,并且定期组织队员清理站区周围遗落的垃圾。在南极,很小一片深色塑料落在地上,可能会导致它周边的冰雪加快融化。因此,在平时巡山的过程中,我会下意识把一些很小的垃圾捡起来揣到兜里。
这看似微小的行动可能蕴含了巨大的力量。在气候变化加剧的今天,每个人都应该积极采取行动,来减缓这个过程。作为极地气候变化研究工作者,在平时的科考工作中尽自己的努力保护南极的生态环境,不把任何一片垃圾留给南极。
青藏高原素有“亚洲水塔”之称,是我国重要的生态安全屏障,关系到国家气候安全、碳达峰-碳中和以及美丽青藏建设等战略的顺利实施。青藏高原植被对西风-季风协同作用最为敏感,也是生态环境的基础。要搞清楚气候变化对植被的影响及其演变趋势,就迫切需要长时间序列的区域植被类型及其分布资料,然而当前基于遥感信息主要获取的是土地利用或地表覆盖类型, 且对植被类型的描述不全面。
为了探索青藏高原的奥秘,科学揭示气候变暖与西风-季风协同作用下的青藏高原环境变化机制与趋势,打造青藏高原生态文明建设高地,我和团队成员们共同踏上了青藏高原植被环境科考征程。
记得初次进入青藏高原,内心十分激动,可接下来紧密的考察任务和高海拔的环境,很快让自己失去了兴奋劲儿。西藏自治区地广人稀,且大部分地区不通铁路,两个小县城之间往往需要花费一整天的时间。我们每天需要克服高原反应,坐着车在崎岖的山路颠簸,间隔30公里左右停下来进行植被环境考察,详细观测主要植被类型、物种组成、植被覆盖度、气象环境、土壤环境等特征信息,几乎每天都是日出而作、日落而息。工作尽管很艰辛,不过,沿途经常能够看到雄伟壮丽的雪山,站在平均海拔4000多米的高原上,仿佛能够触碰到头顶飘过的云朵和夜空闪烁的星星;仿佛能感受到冰雪在阳光照射下慢慢融化形成潺潺溪流,最后汇聚成山间的奔腾的激流和宁静秀美的湖泊,浑身的疲惫感瞬间得到极大的缓解。
吕晓敏在野外考察不同土地利用类型下土壤环境变化
西藏作为我国重要的西部屏障,具有极其重要的战略意义,自古就有“治国必治边、治边先稳藏”的说法。然而,在我们前往阿里地区的途中,看到土地沙化严重,草地变得稀疏,人工种草矮小。这也让我更深刻地认识到,实地科学考察对于深入认识当地的生态环境变化情况的紧迫性、必要性和重要性;同时,开展青藏科考进而对西藏地区的生态环境保护进行科学指导,也是践行“绿水青山就是金山银山”和实现中华民族伟大复兴的中国梦的必然要求。
作为一名青年气象工作者,我需要不断砥砺品格、锤炼自身专业本领,通过多维度、多手段、多要素的监测研究,积极探索气候变化对生态环境的影响机制,努力推动防灾、减灾、预警服务,使生态气象服务向智能化、协同化、便携化发展,为美丽中国建设贡献自己的一份力量。
我负责的工作内容是船舶气象导航,作为一名海洋气象工作者,我深知科学研究与实际应用是密不可分的,在气象局导航中心的数月学习交流过程中,我认识到,科学研究追求学术上的突破实际上是为了解决实际问题,服务于社会,海洋气象导航作为航海安全的重要保障,其研究与应用直接关系到船舶的安全运行和经济效益,在学习过程中,我常常思考我们怎么样在科研方向入手气象导航领域,怎样在综合考虑船舶航行安全性、船舶油耗经济性、船舶到岗时间、碳排放量等多方面指标情况下给出导航“最优解”。
金铸钰与青岛某港口驶向大洋的运输船
在船舶导航问题的研究过程中,我最终将着手点放在了“航线”与“航速”这两个核心问题上。具体来说,就是聚焦在船舶航线优选和船舶航速预测这两个关键技术上。航线与航速的优化对于提高船舶运行效率、降低运营成本、保障航行安全具有重要意义,为此,我利用气象预报数据与再分析数据,结合成熟的路径规划算法技术,进行了深入的研究和试验。经过数月的反复试验和不断优化,以“船舶规避台风”这一紧迫避险情况为切入点,成功研制了船舶多目标规避台风的算法。这一算法能够在台风来临前、后,根据船舶的实时位置和气象条件,自动计算并规划出最优的航线,实现变速和变向多组合的避台策略技术,在保障船舶安全性的同时,还充分考虑了经济性和环保性以及船员的舒适性,一次个例试验中,船舶避台的最经济航线可节省9.1%的燃油消耗,降低碳排量达8.9%以上,使得船舶在遭遇恶劣海况时在保障安全性的同时更加从容应对。
展望未来,我将继续在船舶气象导航领域深耕细作,不断探索新的技术方法和应用模式,主动向船舶工业领域的专家学者学习并继续深造,同时,我也将更加注重将科研成果转化为实际生产力,持续攻关,致力于提升船舶航行的安全性和效率,为海上交通保驾护航。
今天,讲述我的科研之路:从富顺县气象局到青藏高原气象研究院。我的故事始于2003年,在富顺县气象局参加工作,开始了气象工作生涯。首先开始从事地面测报工作,学会了如何观测和记录气象数据,并开始探索数据背后的科学原理。2005年,我被调至自贡市气象局。在缪强老师的悉心指导下,开始信息网络、天气预报、气象探测等气象一线业务和科研工作,不断积累气象和计算机领域知识,为气象+AI的交叉学科研究奠定坚实的基础。
在2012年,聘为信息网络高级工程师后,对蓬勃发展的AI技术产生了浓厚的兴趣。一方面到西南科技大学攻读计算机工程硕士,系统学习AI理论和方法;另一方面利用休息时间,学习探索最前沿的人工智能技术。2015年,开始研发预报经验智能工具箱;2017年,在国家气象中心气象预报论坛355期做《基于MICAPS4预报经验智能工具箱设计思路与实现方法》报告;2018年,参加第24届国际模式识别大会;2019年,参加北京智源大会,图神经网络讲习班;2020年,参加集智俱乐部因果科学与Causal AI……
这些量变默默积累,在伯乐的赏识下,迎来了质变——2021年中国气象局成都高原气象研究所访问学者、2022年加入中国气象局成都高原气象研究所,随后转入青藏高原气象研究院。至此,实现了从气象一线业务人员到专职科研人员的角色转变。
这个转变充满挑战,但也充满机遇,我持续前行:开始与华为云EI、成都智算中心、电子科技大学、四川省人工智能研究院(宜宾)、北京城市气象研究院等开展合作,落地应用气象+AI算法、撰写SCI论文,参与联合创新团队,开展人才培养……
张成宏工作照
经过三年时间的摸索与积累,产出了初步科研成果:研发了“蓉城·夔牛”短临预报系统,在2023年成都大运会期间,服务大运会开闭幕式等重要环节,获得国内多家主流新闻媒体的采访报道;联合研发了W-MAE、SAC-LSTM、LLMDiff、EWMoE等系列人工智能气象预报算法;通讯作者发表SCI一区论文1篇,第一通讯作者投稿CCF A(NeurIPS 2024)顶会论文1篇;主持国家重点研发计划专题1项;联合培养计算机硕士研究生1名。这些成果并不丰硕,但是对于从基层转战科研的我来说,弥足珍贵。我将在青藏高原气象研究院这个更大的舞台上,弘扬科学家精神,勇当高水平科技自立自强排头兵,持之以恒,为气象科技的发展贡献自己的力量。
我的研究工作得到了家庭的大力支持。我独自一人在成都,离家里相隔200多公里,只有周末回去陪陪家人。我的爱人非常理解和支持我的工作,她说:“家里我会照顾好,天高任你飞,你放心大胆的去自由探索”,这是我在科研道路上不断前行的动力,让我在面对困难和挑战时,能够保持坚定和执着。