田济扬：“看见”洪水的未来

卫婷婷

洪水是地球上最常见的自然灾害，影响着全球成千上万人的生活，每年约造成100亿美元的损失。随着科学技术手段的不断进步，现如今科学家会通过建立洪水预报模型来对洪水进行预报，但由于洪水预报模型基本都是以“落地雨”作为输入条件，结合观测到的历史水文资料确定相关参数，这样的预报方案在中小流域洪水实时预报时，预见期相对较短，预报精度偏低。那么如何提高洪水预报的能力呢？这也是中国水利水电科学研究院高级工程师田济扬一直在思考的问题。他以陆气耦合作为洪水预报延长预见期和提高预报精度的突破口，将数值大气模式与流域分布式水文模型耦合，有效延长了洪水预报的预见期，给汇流时间短的中小流域带来了福音，为防洪减灾提供了可靠的技术支撑。

最大的初衷

田济扬是误打误撞学了水利水电工程专业。他报考山东大学时，并没有选择水利相关的专业，但命运似乎与他开了个玩笑，从未想过的专业却成为他大学4年的主角。作为土生土长的山西人，他跨越了五百多公里的距离来到山东济南，摆在他面前的是之前一点都不了解的大坝和堤防、水轮机和发电机、田间灌渠和城市管网，还有许许多多的力学难题。书本上的知识晦涩难懂，让田济扬一度也有了换专业的想法。

但很快，一场关于水利的学术报告改变了田济扬最初动摇的心情。那是在大学一年级快结束的夏天，时任山东大学土建与水利学院院长的曹升乐教授作了一场学术报告，他从水资源的特点、重要性入手，详细阐述了中国目前的水资源问题及其对经济社会发展的影响。听完报告的田济扬心潮澎湃，他第一次感受到，水利并不是单纯的力学和工程，而是一项与人民群众幸福生活息息相关、光荣而又艰巨的事业。

以此为契机，田济扬在大学期间，多次到曹升乐教授那里请教问题，请他解答疑问，逐步加深对水利的认识。“兴水利、除水害是每个水利人的应尽职责，那么我能不能坚持下去，成为一名合格的水利人呢？”抱着这样的想法，田济扬决定考研，继续深造。当时恰逢“十二五”水利发展规划编制，领域里讨论最多的莫过于农田水利建设。于是在曹升乐教授的引荐下，田济扬选择报考西安理工大学农业水土工程专业。

来到西安理工大学的田济扬，在这里遇到了让他受益终生的导师白丹教授。“白老师虽然不是业界大牛，但他对学生极其负责，我第一篇公开发表的学术论文，他前后帮我修改了5遍，每一遍都有批注和大量修订的痕迹。”从那时起，田济扬认识到要以严谨负责的态度对待科学研究，并开始有意识地培养自己对科学问题的探索与剖析能力，努力提高自己写好科技论文的水平。在他的心里，白丹教授是一位严谨认真的科研引路人。

读硕士的3年时间里，田济扬主要从事滴灌灌水器的研发和田间灌渠的设计工作，这是一个非常实用而具体的研究领域，与他从曹升乐教授口中认识到的宏观水利是如此的不一样，这让他有了一丝的迷茫。“我一直在思考如何才能对国内水利行业现状有更深入的了解，并以此找到更适合自己的研究方向，思来想去，决定再换专业攻读博士。”彼时，田济扬研发的灌水器即将在新疆部分地区投入使用，应用前景广阔，白丹教授着实为他选择换专业感到惋惜。

田济扬并没有犹豫，但换什么专业，去哪读博士呢？他犯难了。这时，他的一位本科同学建议他报考中国水利水电科学研究院。“他和我说，水科院是我国水利科技创新的排头兵、国家队，应该报考争取一下。”抱着试一试的想法，田济扬幸运地考上了中国水利水电科学研究院的博士。

读博期间，田济扬开始参与到国家级、省部级重大水利科技项目的研究中，他的视野逐渐变得开阔。“我现在的方向是博士二年级定下的，那时防洪减灾是水利行业关心的重点领域，中小流域的防洪又是薄弱环节，更是研究的热点和难点。”5年前，面对“十二五”水利发展规划，田济扬选择了农田水利;5年后，面对防洪减灾的国家号召，他选择了洪水预报。“洪水预报研究是我至今仍然坚持的主要研究方向之一，我想以后也不会改变。”

田济扬回首自己踏入水利科学领域的旅程，尽管选择的方向一直在变，但都没有离开水利太远。他说：“满足国家水利事业需要就是我最大的初衷。”

洪水的背后

每年汛期，我国南方暴雨洪灾集中，局部地区洪灾严重。对于一场在途的洪水，尽早预测其过境的时间和高峰，对及早部署制定防御方案，无疑具有重要意义。“为了提前做出判断，我们需要提前把降雨预报出来，尽可能延长预见期，以便我们的防汛人员能够及早部署，如果等到洪水来临，再去做工作那就已经晚了。”田济扬说，特别是对于汇流时间短的中小流域来说，延长洪水的预见期非常必要。

在洪水预报的发展历程中，传统的洪水预报模型是以实测降水为输入条件，其预见期非常有限。要想延长预见期，最有效的方法是在降水未发生以前获得降水预报信息，并尽可能提高降水预报的精准度。

于是田济扬选择了陆气耦合洪水预报这一研究方向。理论上，陆气耦合洪水预报旨在通过描述水与能量两大循环，更为准确地反映降雨、蒸发、产流、汇流等水文过程，提高洪水预报精度，延长预见期。

研究的愿景总是很美好，但是在研究的过程中总会遇到意想不到的困难。目前摆在田济扬面前的困难有三个。一是，同时研究气象和水文的人很少。“你想既然是耦合，应该是两方面都懂，才能把這项工作做好。但是关于两者相结合的研究文献，没有我们想象的那么多，所以工作做得还不是特别深入。”对此，田济扬颇感苦恼。忙里偷闲，他经常到南京信息工程大学，与那里的老师们进行交流。南京信息工程大学有“中国气象人才摇篮”的美誉，在交流和沟通过程中，田济扬总能碰撞出新的想法，收获不少。

二是，目前的陆气耦合往往是一种单向的耦合，大气模型只提供输出数据给陆面水文模型。而在田济扬的理想构思中，陆气耦合应该是一种双向的耦合，大气模式不但提供输出数据给陆面水文模型，而且接受陆面水文模型的反馈。“但是因为双向耦合模型结构非常复杂，它几乎包括水循环和能量循环的每个过程，里面的每一个环节都需要考虑到，现有的数值大气模式、陆面模型、水文模型之间还存在各种不兼容的问题，做到双向耦合还有很长的路要走。”

第三个面临的困难，则是一个世界性的难题。“高精度局地短历时强降雨的预报能力难以满足中小流域洪水预报的需求。”田济扬提到了气象学上很有名的一个概念“蝴蝶效应”，一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可能在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。而短历时强降雨难以预报的问题，就是目前科学家对气象演化过程认识不足的体现。

讲到这里时，田济扬笑着说，其实从气象的角度来说，目前降雨预报的水平已经比较高了。但正因为是陆气耦合，需要站在水文的角度向气象提需求，到底能不能满足中小流域洪水预报所需要的精度。“只要突破了这些难题，陆气耦合洪水预报就能向前迈一大步。”田济扬坚定地说。

为了提升陆气耦合洪水预报的精度，他也做了不少努力。“怎么提高降雨预报精度，数据同化是非常实用，而且非常有效的一个技术手段。”依托2020年申请到的国家自然科学基金青年基金项目“基于雷达数据混合同化的中小流域尺度數值降雨预报试验与机理研究”，田济扬采用预报降雨代替“落地雨”实现了陆气耦合洪水预报，成功构建了雷达时空二维结构优化的数据同化模式，提出了以雷达为主的多源数据同化方法，并引入洪水预报实时校正技术，分别对降雨和洪水预报过程进行双校正，使洪水预见期延长3小时以上，预报精度达到70%?80%。这些成果似乎都在昭示他离自己理想的目标更近了一步。

光明的未来

2020年，中国水利水电科学研究院承担了国家重点研发计划“国家山洪灾害风险预警服务平台关键技术研发与应用”。国家山洪灾害风险预警服务平台建立的主要目的是实现386万平方公里山洪灾害防治区、24万个小流域和流域面积≥10平方公里所有山洪威胁对象全覆盖，模拟精度和预警命中率大幅提高，在国家（水利部）及部分省份实现业务化运行，为多个行业提供山洪灾害预警信息服务。

田济扬也积极参与其中。“我负责了其中1个专题，专题名称是海量站点实测降水与预报降水信息高效处理技术。”这个专题主要是解决目前地面雨量站监测数据的异常识别处理和多源降雨融合问题。田济扬解释道，对于雨量监测而言，地面雨量站比雷达的单点监测更准确，但是雷达更能准确反映降雨的空间分布特征，如果把二者融合起来，取长补短，就可以提高降水监测的准确性，也为雷达降水反演与预报结果的订正提供思路。

如今田济扬开展的各项工作正在稳步推进，这当然离不开研究室各位同事和团队成员的共同努力。田济扬很喜欢他所在的研究室。团结、勤奋、肯钻研和执行力强，是他心中给研究室打上的鲜明标签。“我们研究室总共20人，每个人都围绕山洪灾害防御展开相关的研究工作。”在项目进行的过程中，研究室中的每个人都没有私心，考虑的都是集体利益，大家都可以跳出自己的专业，互相交流，互相提意见，一旦有了想法，就会马上去执行，这些都给他留下了深刻的印象。“加班加到最晚的一定是我们研究室的人，去年我们研究室的合同额都接近一个亿了，近年来成果丰硕。”田济扬语带自豪地和记者说。

研究室中的每个人都在努力，田济扬自然也不能掉队。“通过这几年的研究，陆气耦合洪水预报的精度逐步提高。”下一步，田济扬的重点任务是建立一个较为完善的陆气双向耦合模式，用于中小流域洪水预报，继续提高暴雨洪水的预报精度和准确性。

短期的目标已经非常明确，而长期的目标，田济扬也有着清晰的规划。机制方面，如暴雨形成机制、山洪形成机制等，尚不十分明确，研究应继续跟进;技术方面，紧跟目前山洪监测与预警的新技术新方法，紧跟国际、国内发展的潮流与趋势，把新技术新方法应用于山洪灾害防御;应用与管理方面，当理论与技术都趋于完善时，应该展开对流域内洪水预报、风险评估、山洪预警的业务化应用，取得相应的社会效益，实现山洪风险管理的完美闭环。这就是田济扬的最终目标。

为了实现最终目标，田济扬丝毫不敢放松。曾经的他是一个喜欢唱歌、爱打羽毛球的人，但为了科研，过往的爱好都放弃了，田济扬成为了一个在工位—床位间两点一线的人。他有时会想自己为什么能做科研呢？“小时候，父亲的严格要求让我养成了坐得住、坐得稳的习惯，搞科研还是需要坐冷板凳的。”坐得住、坐得稳是坐有所获的前提条件，静下来才能理清头绪，发现问题、解决问题。

因此，不管前面的道路有多坎坷，田济扬都这样告诉自己，要坚信自己可以走下去，要像“混凝土”一样抗压，像“水”一样抗击打，因为光明的未来就在不远处。