曾庆存，天气预报背后的“最强大脑”

2021年，记者在中科院大气所的办公室拜访曾庆存。他任所长期间，进行大刀阔斧的改革，如今虽退休多年，仍然参与科研工作，指导学生。（本刊记者 陈霖 / 摄）2021年，记者在中科院大气所办公室走访了曾庆存。在他担任董事期间，他进行了大刀阔斧的改革。现在，虽然已经退休多年，但他仍然参与科研，指导学生。(记者陈霖/摄)

2021年春节前夕，北京海淀一间简陋的房子里，两位老人紧紧握着手:梁启超的侄女、90多岁的老共产党员梁崔四，86岁的获得国家最高科学技术奖的气象学家曾庆存。他们已经离开将近40年了。那天，曾庆存专程上门，感谢他在转折关头的科研“恩人”。

“梁！崔四同志！”这是我们见面时曾庆存说的第一句话。这个标题仿佛是一部走过近半个世纪的中国科学家成长史，也串联起几代名人爱才为国的风风雨雨。

重逢后仅三个月，就病逝了。曾庆存一生谦虚低调。他对个人谈得不多，但破例见了记者。他想让那份善意，以及前人的胸怀，被世人铭记，也想让中国大气科学的探索、艰难和创新为后人所知。“曾景润”破格晋升。

经过20年的温室栽培，我的志向是决心赶在前面。

如果一个男人真的很帅，爬上珠穆朗玛峰，踏足北方。

——曾庆存《自励》(1961)

1978年，已过不惑之年的曾庆存仍是中科院助理研究员。一天，他被告知他被提升为研究员。由此，他成为改革开放后第一批享受国家补贴的知识分子。

“破格提拔”在当时极为罕见。在业务等级评定上通过门槛后，曾庆存得以在更大的平台上工作，然后评上了文革后的第一批全国劳动模范，很快成为了学术部门的一员。他是新中国成立以来的第三批院士，后来获得了2019年国家最高科学技术奖。习主席亲自颁奖。回想起来，那次“破格提拔”是他人生的转折点。要提到他的北大校友、梁启超的侄女梁:梁协助中科院领导选拔科研工作者，极力推荐这个默默无闻的人...

中华人民共和国成立前，北京大学化学系学生梁是一名地下党员，为解放事业做出了贡献。中华人民共和国成立后，她担任公安部部长罗瑞卿的秘书。1952年，她以“干部转学生”的身份申请回到北京大学，做勤工俭学学生。当时，北大评定三好学生，梁是评定委员会成员之一。气象方面唯一获此殊荣的是曾庆存，操着广东口音。梁启超也是广东人，梁崔四给曾庆存留下了印象。

1956年，党中央提出“向科学进军”的口号，曾庆存立志为国家作贡献，在毕业前入了党，第二年经选拔，赴苏联留学，入读苏联科学院地球物理研究所，师从著名气象专家基别尔，主攻“数值天气预报”。

2021年初，曾庆存拜访梁思萃。40多年间，两人失去联系。这次见面3个月后，梁思萃因病辞世。1956年，党中央提出了“向科学进军”的口号。曾庆存决心为国家做贡献。毕业前，他入党了。次年，被选中后赴苏联留学，入读苏联科学院地球物理研究所。他师从著名气象学家基贝尔，专业是数值天气预报。2021年初，曾庆存拜访了梁。40多年来，两人失去联系。这次会面三个月后，梁病逝。

这是关于天气预报的发展。早期人们看天看云，凭经验预测天气；后来有了数值预报，即首先建立用来描述天气演变过程的方程组，将代表不同大气状态的数据输入计算机上求解，预测天气。这个说起来简单，但在当时的全球气象领域却是个大问题。直到1950年，美国才尝试用计算机进行数值预报，但几年后仍难以大规模应用于预报业务。

有一天，曾庆存灵机一动，何不化繁为简？“天气变化过程分为两个阶段，快和慢。大部分前辈一起算的。如果我分开算，我会用隐式解快，显式解慢，然后把它们整合起来？”他用笔和纸验证了一万多行程序，终于成功，提出了“半隐式差分法”的计算模式。那一年，曾庆存才26岁。有了这个新模型，莫斯科世界气象中心立即开始应用，天气预报准确率提高到61%。

当时国际关系动荡，美国知道了这个发现，但不想提苏联，就把文章翻译成英文作为内参。在此基础上，它发展了一套计算方法，也获得了成功，并于1968年发表。此后，基于“半隐式差分法”的数值预报方法被广泛应用于全球天气预报。曾庆存爱写诗，研究生毕业时写下“如果一个男人真的很帅，登上珠穆朗玛峰，向北一步”来鼓励自己。回国后，他立即进入中科院地球物理研究所，留在气象实验室。后来，实验室发展成为大气物理研究所(简称大气物理研究所)。他仍然从事研究，并一直担任助理研究员。

1978年，全国科学大会在北京召开。邓小平明确指出，“现代化的关键是科学技术的现代化”，“知识分子是工人阶级的一部分”。受到科技界的极大兴奋，中科院开始重新评定职称，计划从业务骨干中提拔一批。

此时，梁是中科院科技干部管理办公室主任，在院领导下主持破格提拔关键技术人员。她深知新中国正面临新的发展机遇，急需一流的科研人才。曾庆存通过了评审委员会的答辩。梁当然记得这位校友，但为了安全起见，他特地去了他家。一看就是住在10平米的破房子里做研究。他节俭专注，深受感动。她极力推荐曾庆存，提拔他为研究员，每月增加50元津贴作为生活补贴。当时大数学家陈景润也享受这种待遇。很多人戏称曾庆存是“曾景润”。

多年后，曾庆存得知了这些升迁的细节，但“恩人”梁已被调任他职，他们失去了联系。回忆起记者，曾庆存感慨地说:“她是一个老革命，纯洁无瑕，无私奉献，报效国家。”直到2019年一个偶然的机会，我接触到了。后来因为疫情在2021年初团聚。

其实，梁思萃提拔曾庆存，“既是偶然，也是必然”，因为曾庆存是一位“与天赛跑”的科学家。

1990年，意大利的世界实验室团队来中科院参观交流，时任大气所所长曾庆存（左三）进行接待。（资料图）事实上，梁提拔曾庆存“既是偶然的，也是必然的”，因为曾庆存是一位“与天赛跑”的科学家。1990年，意大利世界实验室团队访问中科院，时任大气所所长曾庆存(左三)接待。(资料图)

它促进了气象学的理论化。

久疑，天漏，风如玉空。

阳光灿烂，风雨不愁穷。

——曾庆存《父子兄弟对联》(1946年)

今年7月1日，中国共产党百年庆典开始时间从9点提前到8点，原定于6月29日的《伟大征程》演出提前到28日。原因之一是天气变化。包括气象学、大气物理学和大气环境，而天气预报是业务部分，相对独立。业务部门将使用曾庆存等人的研究成果。我们每天出门都要看天气预报，天气稳定的时候还要举行大型国家活动，可见大气科学的重要性。现在3-5天数值天气预报准确率可以达到70%-80%。

曾庆年轻时就对大气产生了兴趣。他出生在广东阳江的一个村庄。放学后，他和哥哥曾庆峰一起下地干活。家里没有牛的时候，肖庆存和哥哥拉绳子当“牛”，父亲在后面犁地，直到太阳下山。晚饭后，父亲拿着火把，和哥哥们一起复习知识。青村打瞌睡，下巴敲着桌面，父亲敲着他的小脑袋，劝他不要偷懒。一场台风经过这个国家，全家人都躲在房子里。屋檐漏水，父亲说:“久雨是疑。”青村以声回应:“长风如宇宙空。”这就成了父子俩写的诗。

建国后，政府号召年轻人参加高考，县人民政府派车送学生去广州参加考试。出发那天，曾庆在车站排队，父亲走上前来，把砚台塞进口袋。曾庆存很争气，考上了北京大学物理系。大学毕业后，他的身高从一米五上升到了一米七多。他的哥哥曾庆丰考入北京地质学院，后来成为著名的地质学家。

在北大读书时，曾庆存去河南实习。他遭遇了一场晚霜，一夜之间冻坏了2/5的小麦，严重影响了当地的粮食收成。曾庆存年轻时饿过。现在他决定钻研大气科学，学会预测天气，帮助人们减少损失。在天气图符号中，雨是绿色的，雷是红色的。曾庆在中央气象局实习时，负责标注雨和雷的颜色。每次春雨来临，他都涂上绿色，让他激动，感动。

1970年，曾庆存被紧急调去研究大气遥感和气象卫星。大气遥感是指仪器不直接接触某处的大气，而是在一定距离外测量大气的成分、运动状态和气象要素。当时这个领域在国际上刚刚兴起，而中国还是空白。经过研究，曾庆存提炼了遥感领域的理论，写出了《大气红外遥感原理》。这是世界上第一部系统叙述卫星遥感定量理论的专著，澄清了长期以来一些模糊和错误的概念。

此后，曾庆存重返大气动力学研究领域，用5年时间撰写了80万字的《数值天气预报的数理基础》。这被国际气象界认为是世界首创。美国气象学家评价这本书是“气象学理论化已经完成”的标志。1980年，45岁的曾庆存当选中国科学院院士，成为当时最年轻的院士之一。

1984年，曾庆存成为大气科学研究所所长。新时代如何建设团队、选拔团队？曾庆存进行了大刀阔斧的改革。这些应该从一个塔开始。会下棋的战略科学家。

神坛有些风骚，但离珠穆朗玛峰还很远。

如果你愿意合作，你会看到明朝是最好的。

——曾庆存《登顶看明朝》(1990)

在北京海淀区北土城附近有一座300多米高的塔，矗立在周围的高楼中，用于实时监测首都的气象要素和空气体质量。曾庆存亲切地称之为“大铁塔”。

20世纪60年代，中苏关系恶化，美国又对中国技术封锁，东南沿海局势紧张，中央决定将一些重要工厂向西部转移或者建立分厂，史称“三线建设”。为确保安全，建厂选址原则是“靠山、分散、隐蔽”，建厂前还要预判周边大气环境，研究“排放或泄漏出来的污染物如何流动和扩散”等。大气所的洪钟祥是国内最早进行大气环境研究的人之一，参与了选址工作。每次做试验，重达数吨的实验物资和仪器设备都靠肩背人扛运到山上。他们竖起特制的杆子，安装仪器，测量近地层大气风速、温度、湿度;再放气球测量高空风温变化，计算扩散能力;有时还要施放烟幕，用照相机观测烟道走向及其扩散情况。

洪鐘祥与曾庆存共事30多年，是老搭档，见证了他的领导与奋斗，也参与了中国大气科学家不断求索的过程。60年代中苏关系恶化，美国封锁中国技术，东南沿海局势紧张。中央决定将一些重要工厂转移到西部或设立分厂，史称“三线建设”。为确保安全，选址原则是“依山而建，分散隐蔽”。建厂前，需要对周围的大气环境进行预测，研究排放或泄漏的污染物是如何流动和扩散的。大气所洪忠祥是我国最早研究大气环境并参与选址工作的人之一。每次实验，重达数吨的实验材料和仪器都是由人用肩膀扛到山上的。他们竖起特制的电线杆，安装仪器，测量近地表大气的风速、温度和湿度；然后放一个气球测量高空风温的变化，计算扩散能力；有时使用烟幕，用摄像机观察烟道的方向和蔓延。钟祥和曾庆存共事30多年，是老搭档了。他们见证了他的领导和奋斗，也参与了中国大气科学家的不断探索。

但是，有效的观察时间只有几天。他们认为，“一个月的数据不能代表四季，一年也不能代表很多年。有必要建立一个可以常年运行、风雨无阻的天文台。”

上世纪70年代初，美国尼克松总统在正式访华前，曾派出由四星上将黑格率领的先遣队。当时，周恩来陪黑格去北京饭店看夜景。黑格说:“北京的污染和纽约差不多！”周恩来认为它不会危害人们的健康，所以他下定决心要控制北京的空气污染。1973年底，中国科学院向国务院提交了《气象观测塔建设报告》。第二年，它得到了特别批准，并由大气研究所承担。作为首席技术官，钟祥和他的团队调查了北京近10年来的风速、风向和气温的变化。发现在离地300米或400米的高度，风速和温度变化最剧烈，所以将观测塔设置在325米。塔上安装了15个观察平台和各种仪器。历时5年，我国自主建成第一座大型自动气象环境监测塔，位居亚洲第一、世界第二。

曾庆存目睹了建塔的所有波折。他上任大气所所长没多久，在一次会议上遇到洪忠祥，径直走上前去说:“你能不能帮我一下，做副所长？”

当时，洪忠祥还只是一个研究室副主任。因为研究方向不同，他和曾庆存私下接触不多。他被直接问了，吓了一跳。经过慎重考虑，洪忠祥接受了任务。一起共事后，他发现这个主任很不一般:“老曾是一个少有的有远大抱负的战略科学家。他站得很高，看得很远，就像下棋一样。大多数人最多能看两步。老曾能看三五步，很有前瞻性。”

曾庆存建议把大气研究所建成“社会主义现代化研究所”。1985年，中科院计划开放第一批实验室，但没有大气所的实验室。得知此事后，他连夜赶到研究所领导家中“立下军令状”，并在第二天的会议上陈述了必要性。最后通过了。才产生了“大气科学与地球物理流体动力学数值模拟国家重点实验室”和“大气边界层物理与大气化学国家重点实验室”。前者在1990年获得先进集体奖，曾庆存写了一首诗:“凡有志之士。

无论是研究所还是实验室，都有曾庆存的“个性”。比如早些年，国内只有北京大学和南京大学开设了气象学专业，基本上只招收气象学专业的学生。但曾庆存打破常规，招了数学、物理、生态、化学、遥感等专业的学生。他认为现代科学需要具有跨学科背景的人才。此外，他还从伊拉克、泰国等第三世界国家招收学生。一名巴基斯坦学生是中国科学院培养的第一位外国博士。回国后担任国家气象局局长。在曾庆存的带领下，大气所是中科院优秀研究生培养单位，也是国务院学位办公布的首批优秀博士培养点和优秀博士后流动站。

在一起工作的10年间，洪忠祥经常想，“我曾经是一个伟大的科学家。我想尽力处理好研究所的行政事务，保证他有更多的时间考虑重大战略和如何在国际上打开局面。”曾庆存成立了一个互相信任的领导班子。后来卸任局长，洪忠祥接任，这一套改革继续。

至今，“大塔”仍是全球唯一一座坐落在繁华都市中心地段的大型气象环境综合监测塔，全天候记录气象要素和污染物的变化。根据不完全统计，近10年来气象塔测量资料已提供给国内外27家单位，应用于国家“973”重大项目、中科院先导专项、灰霾专项等研究，如今也为碳达峰、碳中和等重大战略提供重要参考。

这座高325米的大气塔见证了北京城40多年的变迁，也服务于国家重大需求和基础理论研究。（本刊记者 陈霖/摄）“大铁塔”至今仍是世界上唯一一座位于市中心的大型综合气象环境监测塔，全天候记录气象要素和污染物的变化。据不完全统计，10年来，已向国内外27家单位提供气象塔测量数据，应用于国家“973”重大项目、中科院试点、雾霾工程等。，现在也为二氧化碳排放峰值、碳中和等重大战略提供重要参考。这座325米高的大气塔见证了北京40多年的变迁，也服务于国家重大需求和基础理论研究。(记者陈霖/摄)

人类“决定”然后赢得胜利。

夜月生前一片朦胧，清晨鹅毛白茫茫一片。

雪想融化的时候更冷，热情却和麦心一样。

——曾庆存《残冬与薛瑞》(1986)

退休后，曾庆存迎来了新的课题:认识地球。

今年6月，记者跟随曾庆存来到北京远郊怀柔，参加地球系统数值模拟装置(简称大装置)启动会。这是他晚年的心血。

“在过去的一百年里，全球气候和环境变化日益严重。自20世纪60年代以来，国际科学界已达成共识，研究长期气候变化。然而，如何研究地球呢？几乎不可能模拟出与真实环境完全一致的实验室条件，很难通过做实验来研究地球。”曾庆存说。

恰逢计算机出现，科学家提出用计算机解决问题，将理论模型计算出的值与实际进行比较，看是否与实际相符。后来，美国和日本也建造了自己的地球模拟器。2005年，曾庆存提出地球系统模型，并组织了一系列研讨会。之后他全力以赴，2013年底被列入“十二五”规划。

与其他被列入五年计划的科学装置不同，地球系统数值模拟装置是国内第一个以软件为核心的大装置。实际上，“软件能否成为核心”的争论在建设初期给曾庆存带来了不少困难。在公众印象中，基础设施大多是硬件设备。申请“十二五”立项时，不少人质疑：“拿超级计算机去算不就行了，为啥非得专门搞个大装置？”这时候，是获得了国家最高科技奖的大气学家叶笃正联名曾庆存等人给时任总理温家宝写信，提出了软件建设的重要性，保住了这个大项目。

左图为2021年6月，记者在大装置落成启动会上见到的LED球形屏，可视化地展示大装置的部分试验结果。右图是机房，安置着大装置的“魂”，也就是软件。（本刊记者 陈霖/摄）与其他列入五年计划的科学装置不同，地球系统数值模拟装置是我国第一个以软件为核心的大型装置。事实上，关于软件能否成为核心的争论，在建设初期给曾庆存带来了很多困难。在公众印象中，基础设施多为硬件设备。在申请“十二五”规划时，很多人质疑:“考一台超级计算机还不够。为什么一定要造一个大装置？”这时，正是获得国家最高科学技术奖的气象学家叶笃正和曾庆存等人给当时的温家宝总理写信，提出软件建设的重要性，保住这个大工程。左图为记者在2021年6月大型装置启动会上看到的LED球幕，直观展示了大型装置的部分测试结果。右图是机房，里面放置了一个大型设备的“灵魂”，也就是软件。(记者陈霖/摄)

如何理解大器件？简单来说，就是用长期数据预测未来天气发展趋势。在全球气候与环境变化课题中，涉及的模型有大气模型、海洋模型、陆地环境物理模型、二氧化碳吸收与排放模型等。

曾庆存的学生周广庆也是大型装置的总工程师。他主要负责制造超级计算机和网络安全系统。他告诉记者:“软件是大型设备的灵魂。”如果把这些模式换成数学语言，就意味着牛顿第二定律方程和热力学定律方程耦合在一起，在地球仪上求解，就会发现计算量太大，单靠人力无法解决。

在曾庆存的带领下，周广庆等人在专用超级计算机上运行了一套地球系统模型，“来反演地球的过去，观察现在，预测未来”。因此，大装置相当于一个“地球实验室”。

这个“看不见摸不着”的设备是如何工作的？记者跟随曾庆存走进机房，看到了大装置的“灵魂”:这个软件可以在一天内计算出地球大气圈、水圈、岩土圈、生物圈等圈层10年左右的变化。

在曾庆存眼里，大装置可以作为气候、环境等领域谈判的基础，提高中国在世界上的话语权。“大型设备可以预测一定范围内的CO2相关数据，比如每年减少1%的排放。气候会变成什么样？应该减少多少二氧化碳？各国应该如何分享？算了，你就有话语权了。”

可以说，坚持研发大器件，与曾庆存的理念有关。正如老话所说，“人定胜天”，许多人都明白，人可以征服和改变自然。但曾庆存不同意。“大学说，‘知止可以以后再定，然后再静，然后再考虑，然后再收获。制止就是最好的制止，最好的就是知法守法。可见‘它必须稳定，遵循规则。放在自然中，就是按照自然规律办事，与自然和谐相处。”

接触久了，周围的人会发现，这是一个可爱的老人，热衷于研究，为生活担忧。他出门晒太阳时戴一顶草帽。有一次他去开会，很简单，被保安拦住了。他不敢相信自己是会上的科学家，也不敢相信同事在他进去之前帮他解释。

70多年的大气研究给曾庆存留下了深刻的印记。每次遇到天气变化，他总是比常人更敏感，似乎与天地有同感。1986年早春，他遭遇了一场暴风雪。那些年，北京冬雪稀少的时候，他兴高采烈，望着天空微笑，于是写下了“雪融时更冷，但他的热情和麦欣一样”。

曾庆存

1935年出生于广东省阳江市，大气科学家，中国科学院院士，俄罗斯科学院外籍院士。曾任中科院大气所所长，2019年获国际气象组织奖和国家最高科学技术奖，第十三届、第十四届中央候补委员。