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他是中国海洋潮汐学主要开拓者之一,20岁时提出优于国外权威学者的方法,轰动整个物理海洋学界;潜心物理海洋研究的几十年中,他在国内最早应用数值方法于海洋研究,在国际上最早提出潮波变分数值模式,做出多项受国内外瞩目的成果。他就是中国工程院院士,南开大学杰出校友——方国洪。 7 w" j- I& m o/ `! Z1 B
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人物简介:& C2 F, ?' e3 W4 e/ y# t" D1 D. g+ A
方国洪(1939.12.25-)浙江省瑞安市人,物理海洋学家,中国工程院院士。1961年毕业于南开大学物理系。现任国家海洋局第一海洋研究所研究员。曾任国务院学位委员会学科评议组成员,国家人事部博士后管理委员会专家组成员。从事海洋潮汐、海洋环流和海洋数值建模研究,我国海洋潮汐学主要开拓者之一。曾获国家自然科学奖、国家科技进步奖、中科院自然科学和科技进步奖等多项奖励。
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1939年12月25日,方国洪出生于瑞安莘塍一个知识分子家庭,他的父亲是著名数学家方德植。孩提时的方国洪就有点与众不同,虽然也和同龄孩子一样喜欢玩耍,但特别喜爱算术。
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方德植和方国洪(左)1962年合照
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方国洪高中毕业时,国家正号召广大青年学生"向科学进军"。当时,方国洪有个心愿,什么时候咱国家也能造出原子弹就好了。有了这个愿望,他在学习上就有了侧重点,一门心思学好物理,盼望能有"上天"的一天。1956年,方国洪考入南开大学物理系。"南开大学物理系是一流的校系,上南开大学对我以后的人生轨迹影响很大",方国洪表示。
$ k j6 n& x& o6 H 1959年,方国洪被抽调到刚刚组建的中国科学院河北分院工作,参与全国海洋普查,由此开启了他的海洋物理研究生涯。方国洪回忆道,"我是1959年5月从天津来到青岛的。当时我的工作任务是对测回来的潮流数据进行分析,工具与现在比显得十分落后,一台手摇计算机、一本《海洋学常用手册》和计算表格,但干得劲头十足。" ! |7 c0 R v: S1 E" P
20岁挑战国际权威
3 I6 y9 Z p& G1 ?* ~ u 新中国成立之初,潮汐潮流分析预报的创新能力不强,当时方国洪等人分析潮流数据用的都是英国人杜德森发明的方法。杜德森是英国皇家学会会员,上世纪30年代至60年代,他是全世界潮汐学界公认的一代宗师。 7 x; u, U; c k; z$ B1 P
在运用"杜德森法"的过程中,方国洪发现此法缺陷很多。最大的问题是该方法只能对两次周日观测的资料进行分析,得出一组参数。而实践证明两次周日观测太少,所得参数误差太大。当观测次数增加时,会计算出多组不同的参数,人们不知道到底该用哪一组参数。
' h l8 J7 ]0 k9 H( l" l "能不能找到更好的方法呢?"方国洪动起了脑筋。启蒙老师郑文振先生得知他的想法后,非常支持,鼓励他大胆地闯一闯,叫板国际权威。 ( ^: _) |9 ?- T2 E
4 H' c! \- x4 V/ { 方国洪利用工作余暇时间,寻找各种计算方法。最后他想到,最好能找出一组参数,依据它推算的数值与所有各次观测值偏差总体上最小。于是他运用方程最优解的办法,在1960年初得到一个在当时计算条件下可实现的新方法。方国洪后来称之为"准调和分潮方法"。
1 K* ?# k+ ]0 \- d; ^5 ^ 这一新算法,轰动了整个物理海洋学界。因为在当时,我国物理海洋学使用的所有方法几乎都是学习外国的。在这种背景下,中国人提出优于国外学者的方法,特别是优于权威学者的方法,在物理海洋学界是破天荒的,更何况这个新方法的设计者还是个刚满20岁的小伙子。方国洪一次出差到海军调访时,那里的航海保障人员见到他大吃一惊:"还以为方国洪是个老头儿呢。"
/ s' E/ j5 u( ~3 z e9 C) Q- e 在老一辈潮汐学家郑文振、刘好治、尤芳湖等人支持下,这套方法取代了"杜德森法",并被确定为全国海洋普查的规范方法,随后又被编入《海洋调查规范》、《港口工程技术规范》。1991年,"准调和分潮方法"被纳入国家标准,并在我国科研、教学、环境研究和工程设计中广泛应用。
7 }: E# K" z! n; |* b 开启潮汐潮流数值研究7 w0 H' i2 r1 v7 u$ `/ _7 D6 q$ Y' D
初出茅庐的方国洪,就拥有质疑权威的勇气和底气。在完成了准调和分析方法之后,他又相继提出潮流永久预报新方法,其效率高于前苏联著名物理海洋学家杜瓦宁方法,使全海区、多层次的潮流区域预报成为可能,并完成了20余卷、5000余页的《中国近海潮流永久预报图表集》。 ) d" C6 y# V& B: @1 _& q5 G1 ]
与此同时,为了得出没有观测资料海域的潮流参数,方国洪在上世纪60年代末开展了潮汐潮流的数值模拟。这是我国最早开展的潮汐数模工作,也是我国物理海洋学领域最早的、成功的数模工作,有的在国际上也是最早的,但由于当时各种原因其成果未能及时公开发表。 7 B1 e9 H2 c; R& h' E
在潮汐潮流数值建模工作中,方国洪把观测数据和动力学方程结合起来求解,研发了国际上第一个潮波同化模式。方国洪设计了潮汐潮流动力学方程的数值计算方案,与中国科学院计算研究所、国家海洋信息中心等合作,于上世纪70年代初陆续获得了黄海东部、东海东部等未调查海域的潮汐潮流分布。经与历史上取得观测值比较,数值模式结果与实测具有很好的一致性。利用新的预报方法以及通过观测和数值计算获得的调和常数,方国洪等完成了中国近海潮汐潮流的大面积预报图表,至今仍被广泛使用。
# ^0 O& X! `7 p2 R: Z3 O 专注海洋环流研究
( ~: b6 t- e# N1 O w, d" v, m: ~ "物理海洋中,最核心的领域是海洋环流。如果将大海比作人体,那么环流就如同血液循环一般,将营养物质输送过来,是一种慢变化……"上世纪80年代以来,方国洪的研究领域更加倾向于中国近海海洋环流。
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方国洪是国际上第一个提出南海环流基本结构的科学家。依据"南海海水垂直结构与太平洋海水的相似性",他认为,南海是太平洋至印度洋贯穿流的重要通道之一,并提出了太平洋—印度洋贯穿流南海分支的设想。"南海的域际环流就像一个巨大的空调,把较凉的海水输入南海,把较暖的海水输出南海,从而冷却了南海并影响周边大陆的气候。"方国洪用数值方法研究了南海域际交换与海气交换的关系,得出这样的结论:南海是一个热汇,年平均从大气吸收的热量值比全国电力装机容量要大80多倍。
2 w5 ?8 `! i7 f7 b+ C 方国洪在海洋环流方面的研究硕果累累。1988年,他发现从南海到日本海存在水位落差,提出此落差可诱导一支近海流系,解释了老一辈海流专家管秉贤发现的中国东南近海逆风海流的成因。1991年,他进一步提出了台湾—对马—津轻流系。1998年,他首次提出南海环流的流圈结构;2002年,他提出在南海存在太平洋—印度洋贯穿流的分支,成为国际上南海环流研究的新热点。2014年,方国洪参与的项目《南海与邻近热带区域的海洋联系及动力机制》荣获国家自然科学二等奖。 . m8 p2 m6 F0 y" v p( f# G
如今,方国洪院士已著述等身,但他表示"我没有秘诀,只是兴趣和责任。"方国洪说,科学研究是件引人入胜的事,有了想法就想弄个清楚究竟,就忘了艰辛。一个问题,一定要多问几个为什么,看能不能有更多、更好的答案,这成了他人生的一种思维习惯。
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本文素材来自:南开大学官网、青岛日报、中国海洋档案馆官微、自然资源部第一海洋研究所官网、中国工程院官网、中国院士馆 4 b7 N' i& A) E* A% H# B7 N5 Q8 N
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