张强：三十载逐梦路干旱大地洒青春

“大漠孤烟直，长河落日圆”，王维在《使至塞上》中描述了一幅黄沙莽莽，无边无际，不见草木，人迹罕至的场景。正是在这样一片边塞苍凉悲壮的土地上，甘肃省气象局研究员兼兰州大学博士生导师张强就像一位勇士，一直坚守在我国这块旱灾重地，将青春年华挥洒于这片多灾的土地上。他30年来专注于干旱气象研究，先后主持国家“973”、国家科技支撑计划、国家科技攻关和国家自然基金重点项目等10余个国家级研究课题，对干旱减灾等重大科学问题进行了大量科技攻关，成绩斐然，学术影响远播海内外。

青丝染霜华 拳拳赤子心

1965年，张强出生在甘肃省靖远县，一个西部文明古老的县份。她历史源远流长，文化积淀深厚，自古就是连接中原与西域的必经通道，成为古丝绸之路北线重镇之一，素有“秦陇枢机”“金城锁钥”之称谓。在这片群山环绕的土地上，张强度过了他快乐而充满幻想的童年生活，他时常凝望着荒芜的山梁，想象着外面的世界。

18岁那年，张强考入成都气象学院气象系学习，虽是懵懂中选择的专业，却因此把他引入气象领域的大门。4年的青葱岁月充实而又短暂，大学毕业之际，他怀着对家乡质朴的热爱毅然返回甘肃，坚守西北，潜心科研。1993年，张强进入南京大学攻读硕士学位，随后赴美国亚利桑那大学任客座研究员。在这期间张强已逐渐在大气科学界崭露头角，开始不断有国内外多所知名学校和发达省市的研究院所向他抛来橄榄枝，面对优越的研究条件和优厚的生活待遇，张强并没有动心，倔强地选择回到甘肃，回到那块天然干旱试验场，回到那既贫穷落后又令他牵挂难舍的故土。他说，他就想为家乡做点事。

回到家乡后，张强加入了中科院兰州高原大气所高原气候与环境开放实验室，后竞聘中国气象局兰州干旱气象研究所，执掌干旱研究。他始终坚持在科研一线，先后发展了干旱灾害监测预警及减灾技术；对干旱区陆-气相互作用的认识取得了新突破；创新了旱作农业受气候变暖影响的科学认识；发展了沙尘暴形成理论及监测预警技术等，对气象防灾减灾尤其干旱减灾技术做出了重要贡献。

1995年，张强由于工作成绩突出被破格聘任为副研究员，3年后又被破格晋升为研究员，当时的他年仅33岁，就已在事业上表现出强劲的发展势头。多年来，张强获得的各种奖励和荣誉证书摞在一起足足有2尺高，在他主持完成的众多研究成果中有不少已达到国际领先或先进水平，获得国家科技技术进步奖二等奖1项，省部级科技进步奖和自然科学奖一等奖2项，省部级科技进步奖二等奖9项，省部级科技进步奖和自然科学奖三等奖3项；在国内外主要学术期刊上发表学术论文400余篇，出版专著10部，其中被SCI收录70余篇，被EI收录30多篇，被SCI论文引用527次，被CSCD引用2509次。在近年《中国期刊高被引指数》报告的全国大气科学领域个人排名连续位列前茅。

2003年12月张强被任命为甘肃省气象局副局长。但他依旧平易近人，兢兢业业，执着奉献在工作一线。在同事眼中，他是可信赖的领导；在年轻人心中，他是看齐的标杆。有同事曾这样评价张强，他有着雷厉风行的办事风格，精干高效的办事能力，而且还热爱生活，注重工作乐趣和生活情趣，也不失幽默风趣。张强的学生们除了同样认为他诙谐智慧外，还深刻体会到他能鼓励和带动身边的人积极向上，“为人谦和、心胸开阔、勇于挑战、富有开拓精神”，这是身边不少人对他的评价。

痴心干旱科学 创新斩获国奖

2013年，由张强主持的“中国西北干旱气象灾害监测预警及减灾技术”，成果有多项技术居国际领先地位，喜获国家科技进步奖二等奖。在当时，很多人都没想到一个经济欠发达的西部边陲省级气象部门能获此大奖。纵观历届国家级大奖，一般每年全国气象行业也最多只能获得1项，国家级科研机构和业务中心之间的竞争本就很激烈，以往从未被省级气象部门获得过，更何况全国还有众多实力雄厚的发达省市气象部门。甘肃省气象部门能够从数不胜数的技术实力和项目资金雄厚的单位中脱颖而出，究竟有何“秘诀”？

答案很简单，就是“坚持”与“创新”。该成果由中国气象局兰州干旱气象研究所联合南京信息工程大学、中科院寒旱所和国家气候中心等49个科研院所、高校和业务单位，在国家科技攻关计划等18个项目资助下，从1990?2010年，历经20多年，围绕西北干旱气象灾害形成机理、监测与预警，及其对农业生产的影响和减灾技术，开展了系统深入的研究与成果应用推广。项目成果显著提升了气象干旱及其衍生灾害的监测、预警水平和服务效益，使西北重大气象干旱事件预测准确率提高10%左右，准确预测了多次西北重大干旱，为政府及有关部门提供了及时有效的气象服务；开发的人工增雨抗旱决策指挥系统，每年科学指挥人工增雨作业面积达24万km2左右，覆盖甘、宁和蒙部分地区，根据模型计算每年增加降水15亿m3左右，直接经济效益15亿元左右；在祁连山区科学开发利用空中云水资源，使石羊河下游流量在2010?2012年达到2.6?2.9亿m3，提前8年完成了国务院提出的约束性指标；研发的大型称重式蒸渗计和人工增雨抗旱决策指挥系统推广应用到蒙、陕等多省（区）为干旱监测以及抗旱减灾提供了重要技术手段；提出的旱作农业减灾技术在西北旱区推广应用，有效保障了该地区粮食连年稳定增产。

该成果取得软件著作权2项，发表论文1238篇（SCI57篇、EI41篇），他引7422次；发表出版《干旱气象学》等专著及研究生、本科生教材20部。主办“The International Symposium on AridClimate Change and Sustainable Development”等多场国际会议，展示干旱研究成果，在国际上产生了重要影响。培养了数10名国家级和省部级优秀人才及数百名高级技术人员和数百名研究生，打造了一支在国际上有影响的干旱科研团队。国家权威学者Christine （2008）在Hydrobiologia上发表的论文指出：“张强等通过在中国西部干旱区开展的观测试验，得到了10cm深度以下土壤水分几乎不参与土壤水分的呼吸过程，这一深度的确定，对理解干旱地区土壤蒸散过程和长期的干旱气候的形成机理具有重要意义。”

理清干旱机理 揭开干旱面纱

认识西北干旱形成和演变的机理，及重大干旱事件发生、发展的规律，是防旱减灾的重要基础。在项目中，张强及团队首先揭示了青藏高原热力作用影响西北干旱的物理机制。他们研究发现西北异常干旱最强的信号之一是青藏高原下垫面的热状况，并提出了表征这种热状况的高原温度距平指数、高原地面加热强度距平指标、高原地面感热通量、高原出射长波辐射指数和高原积雪指数等定量物理指标，发展了高原季风指数。提出“高原加热场异常增强，高原上升气流加强，高原东北侧下沉气流加强，新疆脊增强，东亚槽加深，将形成‘西正东负的西北典型干旱流型”，由此，团队建立了高原热力作用与西北干旱的物理联系，为西北干旱监测预警提供了重要理论支撑。

在此基础上，团队首次发现了形成西北典型干旱流型的4种物理途径，它们分别是通过基流对上游反气旋涡度的平流输送；南侧气旋性涡旋的能量频散；高原热力强迫引起的频散和偶极子型热源激发。它们均能形成高度距平“西正东负”的西北典型干旱环流模态，尤其偶极子型热源激发的干旱流型占据主导地位。并且发现这种典型流型不只限于500hPa一个层次，而是在从低层850hPa到高层70hPa的整层大气中均存在。成果在Geophysical Research Letters上发表，被美国地球物理协会选为AGU 2006年亮点论文。

与此同时，团队还发现了西北干旱与北半球的主要干旱区存在着一种遥相关联系。西北区干旱具有独特的沿大圆路径遥相关波列结构，这种波列结构反映出大气环流在各个不同区域的异常状态和相互联系。从北非开始、到阿拉伯、到中亚、再到中国西北，干旱呈现出年代际东传规律。该成果为西北干旱形成和年度预测提供了科学依据。除此以外，他们还发现西北干旱还与台风活动和梅雨存在密切联系。

在对干旱的认识上，团队最大的突破之一莫过于系统地认识了厄尔尼诺与西北干旱之间的物理联系。他们成功建立了西北地区逐季和逐月降水异常与赤道中东太平洋海温异常的物理关系，得到了西北不同区域、逐月干旱的预测判据和前期海温异常信号，揭示出“海温异常-大气环流异常-月/季降水异常-西北旱/涝”的发生机理，并构建了物理概念模型；不仅如此，还首次将影响西北干旱的海温异常区域扩展到整个北太平洋，发现除了赤道中东太平洋外，西太平洋副热带海区和日本以东海区的海温异常同样与西北地区旱/涝有着密切联系。成果获省部级科技进步奖一等奖。

开发先进技术 捕捉旱灾踪迹

如何对西北干旱气象灾害进行监测，是团队面临的第二个关键问题。于是，团队基于降水和蒸发的相对变率，创建了适合于西北地区干旱监测的K指数，该指数消除了由于各地降水、蒸发量级不同而产生的影响；同时建立了以径流量为要素的内陆河灌溉区径流量Z指数，实现了对灌溉区的干旱监测和评估。还利用试验获得分区域的径流系数修订了水文常数，并引入FAO推荐的P-M方法估算蒸散，发展了帕默尔旱度模式。“以史为鉴，可以知兴替”，一项浩大的工程就此展开，团队综合运用历史文献、树木年轮、河流流量、内陆湖泊水位等资料，重建了1470?2008年西北地区极端干旱事件序列，认识了重大干旱事件的分布规律。

干旱监测重在及时、准确和全面地反映干旱气象现状及发展趋势，其一定离不开新技术和设备的辅助。团队开发了基于AVHRR、MODIS、FY-2C、FY-3/MERSI等多源卫星遥感数据的西北干旱监测新方法及基于遥感数据与气象、土壤墒情和地理信息等数据集成融合的西北地区干旱遥感监测技术。我国气象部门第一台大型称重式蒸渗计就诞生于该团队之手，据悉该设备采用强力弹簧作为平衡力，平衡掉“死”负载，用小量程、高精度的称重传感器测量“活”负载的变化，创新了大型蒸渗计的称重技术原理。其测试灵敏度和精度分别可达到0.01mm和0.1mm水柱。

在应用技术软件开发上，团队自主研发了基于网络结构的“西北干旱监测预警业务服务系统”。系统包括干旱信息收集存储、监测诊断、预警、评估和决策服务等5个子系统，同时还集成了黄河上游流量、内陆河流量、春季第一场透雨、沙尘暴、连阴雨和夏季高温时段等预测预警信息。据张强介绍，该系统对不同的干旱监测方法、预警、预测指标和物理模型进行了科学集成，并可依托气象站网和各类试验基地，对干旱信息进行实时收集、快速处理、有效管理、及时发布和灾后评估。成果获省部级科技进步奖（二等）多项。

众所周知，沙尘暴是干旱的主要衍生灾害之一，因此对沙尘暴的探索也是干旱防治中必不可少的一环。该团队通过深入研究，揭示了干旱与沙尘暴的相互作用机理，认识了干旱对沙尘暴起沙机制和沙尘传输的影响特征，最终发展出适合西北干旱环境特征的沙尘天气数值预报系统GRAPES_SDM，使西北沙尘天气的预报准确率达到了85%?90%，实现了沙尘暴预报的精细化和定量化。成果已在西藏和新疆等区域业务化应用，显著提高了沙尘暴预报准确率。

上天入地寻水源 造福千里赤地

水，对于干旱的西北地区来说无疑是“珍宝”，缺水是干旱灾害的“病根”。然而，我国西北甚至北方大部均降水明显不足，单靠在降水上做文章难以从根本上解决干旱问题。于是，张强团队将视线放在了露水上，它同样能滋润土壤。鉴于此，团队将研究聚焦在干旱区露水的形成规律上。试验发现，干旱区降露水对陆面水分收支的贡献十分显著，能达到降水量的20%左右；降露过程对风速、大气湿度、近地层温度梯度和天气条件的依赖很强，在风速为1.5m/s、相对湿度大于80%和逆温强度为0.25℃时降露量最大。由此，提出了陆面水分的“呼吸”过程。在此基础上，还就如何开发利用露水资源给出了一套科学的方法。

另外，团队还揭示了干旱荒漠区近地层水分输送机制。研究表明，临近绿洲的荒漠近地面层普遍存在大气逆湿和负水汽通量现象，并且二者出现频率并不完全一致，由此他们提出“临近绿洲荒漠近地面层具有特殊的水汽负梯度输送特征”，对荒漠化治理具有重要的科学指导意义。被称为“沙海明珠”的绿洲，其独特的自我维持机制对抵御干旱侵蚀很重要。经团队研究发现，绿洲对其下游荒漠陆面水分过程影响范围与绿洲空间尺度大致相当，影响程度约为平均值的1/4；而且其白天逆温层对蒸发的抑制作用和临近绿洲的负水汽通量对陆面水分的贡献等是有利于绿洲自我维持的良性水分循环机制。在此基础上，团队从系统论角度提出了绿洲维持所需要的最佳内、外部条件。“这项研究揭示了绿洲对邻近荒漠陆面水分输送的影响规律和绿洲独特的自我维持机制，对保护和开发绿洲具有重要技术指导意义”，说到这张强眼中充满了希望。

除了在地面寻水，为何不向天“借水”？在新思路的指引下，团队提出地形云形成物理模型和云水资源开发利用概念模型。中国国家地理曾就祁连山对中国的意义有着这样的描述：“东部的祁连山，在来自太平洋季风的吹拂下，是伸进西北干旱区的一座湿岛”，于是团队深入祁连山区，开展了多年的地形云和云水转化野外试验，他们在研究中发现，祁连山区潜热通量是感热通量的近两倍，较大的水汽有利于陆-气水循环的加强和云的形成；祁连山区云的光学厚度、云粒子有效半径、云液态含水量及大气水汽密度等均为高值，而且近年来云总光学厚度和总云水路径呈上升趋势，有利于开展人工增雨。

随即，他们改进了美国NASA积雪监测方法，有效提高了祁连山积雪监测的精度；选用卫星反演的大气水汽密度（大气柱水汽含量）以便更好反映山区降水的分布特征，并建立了基于微波辐射资料反演的水汽含量与雨强的数理关系，为科学指挥祁连山区人工增雨（雪）抗旱作业提供技术支撑。

在扎实的理论认识基础上，团队研发了作业条件自动报警和网络化管理的人工增雨抗旱作业指挥系统。该系统包括作业设备管理、大气探测分析、作业预警、决策指挥和效果评估5个子系统。实现了增雨作业条件的自动判识和抗旱需求的综合判断，自动生成人工增雨作业指导产品，提高了人工增雨抗旱决策指挥的科学性和自动化水平。推广应用到新、滇等多省（区），为抗旱减灾发挥着重要作用。成果获省部级科技进步奖（二等）多项。

心系农业发展 献计防旱减灾

作为农民的儿子，张强对农村农业有着特殊的感情，它始终心系农业发展。然而，在西北地区旱灾是制约农业发展的头等问题。近30年，在气候变暖影响下西北地区干旱明显加剧，旱作秋播作物播种期推迟4?13天，春播作物播种期提前3?25天；小麦等有限生长习性的作物全生长期缩短；棉花等无限生长习性的作物全生长期延长。干旱灌溉区棉花、玉米和春小麦对变暖响应的敏感性依次减小，存在“热量效用递减”现象。气候变暖还影响了作物的生理生态和品质。随着气候变暖，西北半干旱区春小麦叶片的气孔导度、光合作用和干物质积累减小，而蒸腾速率增加；豌豆-春小麦-马铃薯轮作系统的水分利用效率呈指数减小，若增加灌溉量轮作系统的水分利用效率则直线减小；作物籽粒中淀粉含量下降、蛋白质含量上升、痕量元素增加，这都会影响到作物品质以及食品安全。据张强介绍，气候变暖还会引起耕作层土壤的酶活性下降，土壤水分蒸发加快，带动土壤盐碱成分向上移动，从而加重土壤盐碱化程度。

针对干旱化和气候变暖引起的问题，团队提出了覆膜保墒旱作节水农业的技术指标。对覆膜垄沟集雨、节水控灌、集雨补灌、压砂补灌、秋季覆膜、早春覆膜、一膜两季、留膜留茬越冬等旱作农业技术进行了深入的技术试验，开发出了田间垄沟集雨、地膜覆盖、抗旱品种和集雨补灌等抗旱减灾和应对气候变暖的最佳技术组合方案。有数据显示，应用“覆膜垄上穴播”和“覆膜垄间种植”等抗旱技术，在春小麦全生育期科学补充灌溉，产量可提高15%?20%；组合不同垄作和补充灌溉技术，春小麦产量可提高17.7%?30%。最近，该团队的有关科研成果通过新华社《国内动态清样》反映到了决策高层，引起了高度关注，甘肃省林铎省长批示到“情况反映及时准确，涉及的问题将伴随扶贫全过程，这是我省自然条件、环境状况决定的，要积极应对，早为之计，精准施策。各副省长、有关部门、市州县都应研究。”

张强说，30年春夏秋冬苦中有甜，再付毕生心血同样无悔。在参访结束时，张强抬起头凝视着远方，仿佛在告诉记者，他的科学梦还会继续，他的理想仍在远方。未来，张强会继续根植黄土，沿着自己的目标，带领他的团队潜心耕耘，用汗水浇灌出更多科技硕果。