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文圣常:执着叩开海浪研究大门

2022-05-19

科学导报 2022年24期
关键词:海大风浪海浪

从天空到大海,从工科到理科,文圣常一个“荒唐”的念头,让他的人生出现了“大拐弯”。

还在美国进修期间,文圣常一边查阅海洋资料,一边结合机械工程学科所长,在心中勾勒出一种开发利用波浪能的简易装置。回国后,他到重庆任教。教书育人之余,他将心中设计了无数遍的海浪动力装置付诸实施——利用海浪的垂直运动获得电力输出,从而让海上灯塔夜里也能发光,为海上船只导航。据了解,当时建在陆地的灯塔上装有航标灯,依靠陆地电力供给,而海上灯塔因为陆电送不上去,是没有航标灯的。文圣常设计制造的波浪发电装置,为海上安装航标灯创造了条件,这项发明不仅在当时,即使现在依然具有应用价值。

为了有机会试验,文圣常只要有机会到沿海城市出差开会,都会带上他的“浮子”。“浮子的外壳是白铁皮包的,局部涂有红漆。”手提“怪物”的文圣常,曾在北京车站引起了警卫人员的注意,一番盘查、解释,确认不是炸弹,才得以放行。那一次到北京出差,文圣常去了北戴河,海上试验验证了他之前的想法,收获了一些成果。

1952年,文圣常和青岛相遇,在青岛,他见到了我国物理海洋学奠基人之一赫崇本。当时,赫崇本正在为山东大学海洋学科(海大的前身)的发展广招人才。在双方努力下,1953年,文圣常进入了山东大学。从此,文圣常犹如鱼儿入海,在这所因海而生的校园里耕海踏浪,取得了一个又一个开创性的海浪科研成果。

在20世纪60年代,国际上存在两种比较盛行的海浪研究方法——“能量平衡法”和“谱法”。这两种方法明显的不足在于推测和假设成分较多,其理论建立在特殊状态下。文圣常结合主流计算方法,导出了可以描述波浪成长过程中的、更一般的、更普遍的风浪谱。1960年发表的《普遍风浪谱及其应用》记录了这一成果。同时,在涌浪的波高和周期计算中,基于对传统观念的质疑,文圣常给出了新的计算方法,撰写了《涌浪谱》一文。这两篇文章中的创新成果在有关国际海洋科学进展中被评为重大研究成果。“普遍风浪谱”在业内被称为“文氏风浪谱”。

20世纪80年代,文圣常在原有基础上,引入新的参量,推导出“理论风浪频谱”。该谱既适用于深海,也适用于浅水。根据他提出的风浪谱计算结果,不仅与中国各海区的观测结果十分吻合,也与国际上观测资料和风浪谱结果相当接近。

20世纪90年代,文圣常计算出方向谱,并在1991年第20届国际大地测量学与地球物理学联合会国际海洋物理科学协会学术会议上,得到与会学者高度评价。

伴随着改革开放的推进和经济建设的加快,资源开采、航运贸易活动与海洋的联系更加紧密。提供准确、及时的海洋环境预报,以保证海上作业的安全和效益,显得十分迫切。1986年,我国启动了“七五”国家科技攻关项目(第76项)“海洋环境数值预报”。文圣常承担了该项目的重中之重——“海浪数值预报方法研究”。5年后,文圣常带领团队研发的“新型混合型海浪数值模式”,不仅有效克服了当时我国计算机运行水平较低的困难,而且使我国的海浪预报模式从传统的经验预报,迈向了数值预报,很快便在国家和地区性海洋预报中心投入业务化应用。验收专家组评价:成果达到国际水平,部分内容达到国际领先水平。该成果被国家科委列为重大科技成果。

20世纪最后十年,联合国教科文组织提出了“国际减灾十年”的号召。国家“八五”科技攻关项目“灾害性海洋環境数值预报及近海环境关键技术研究”中,也设置了核心课题“灾害性海洋环境数值预报模式研究及业务化”。文圣常主持承担了这一核心课题的第一专题“灾害性海浪客观分析、四维同化和数值预报产品的研制”。1996年前后,他继续承担新的科研项目——“近岸带灾害性动力环境的数值模拟技术和优化评估技术研究”,发表了多篇涉及深、浅水风浪方向谱的学术论文,提出了“浅水风浪谱”“基于选定风浪方向谱的海浪模拟方法”等系列创新性理论。

1993年,文圣常当选为中国科学院院士。文圣常深知,探究海浪必须有一个强大的团队,培养海洋人才要从师资力量抓起。

中科院院士冯士筰与文圣常共事已近一个甲子。1962年大学毕业后,冯士筰到山东海洋学院工作,在海洋水文气象学系动力海洋学教研室从教。当时,文圣常是系主任。系里师资力量薄弱,一门普通海洋学课程需要多名老师共同讲授,戏称“八仙过海”。

“先生为我们教研室的年轻教师制订了一整套学习计划。”冯士筰回忆,“先生亲自为我们主讲计算数学和高级英语等基础课程;邀请教研室有丰富教学经验的老师们为年轻教师主讲复变函数论、数理方程。到了期末,对我们像对学生一样考试打分、严加考核……先生为我们能有牢固的数理基础,真是煞费苦心了!”

像教学生一样培养年轻教师,而对学生,文圣常也是有教无类。自1989年起跟随文圣常攻读博士研究生的管长龙,依然记得自己给文圣常“讲课”的情景。管长龙读博士前学的是理论物理,攻读物理海洋,他需要爬一座“隔行”的山。文圣常知道他之前有过担任教师的工作经历,就想出了一个新颖的授课方式——师生换位。为了在讨论环节不被导师问倒,管长龙做足了功课,一年下来,从一个门外汉变成了业内人。

2000年9月23日,何梁何利基金授予文圣常科学与技术进步奖,奖金20万元港币。文圣常将其中一半捐献给家乡河南省光山县砖桥镇初级中学;一半捐给海大,设立了“文苑奖学金”。21年来,已有63名学生获得奖励。

院士小路、文苑楼、文苑奖学金……在海大校园六十多年,才华横溢的文圣常与海大有着深厚的感情。

在我眼中,海浪就是我的老师。

有大风的时候,站在海边,我们会看到高高低低的海浪,表面上杂乱无章,非常繁杂,几乎没有什么章法,其实,海浪有自己的运行规律,有其内在的章法。

心中有了目标,就一定要为之付出努力。我从社会得到很多东西,我有义务回报社会。

作为科研工作者,我们应该有更高一层的境界,不仅有负债、还债的责任感,还应该像居里夫人那样,无私地奉献自己,献身于科学。

曾有学生问我,这么多年是怎样坚持下来的。我觉得,热爱祖国、追求科学,是我投身海洋研究事业的力量源泉。

创刊的《中国海洋大学学报(英文版)》,是我们海大的“新生儿”,要细心爱护他,使他茁壮成长。

许多人问我取得成功的经验有哪些,我并无什么经验可谈,唯独信仰爱国主义和追求科学精神,牢牢树立健康正确的价值观。

爱国主义和追求科学精神以及健康正确的价值观,是我毕生献身于祖国海洋事业的力量源泉。

文圣常(1921年11月1日~2022年3月20日)中国科学院院士,中国海洋大学教授,著名物理海洋学家、教育家,我国海浪研究和物理海洋学的开拓者之一。文圣常在海浪频谱、海浪方向谱、海浪预报方法研究和海浪数值模式研究等领域成果丰硕。他提出了“普遍风浪谱及其应用”论断。他提出的海浪计算方法被列入原交通部《港口工程技术规范》,为推动我国物理海洋科学事业发展作出卓越贡献。

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