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九三楷模 | 文圣常:耕海踏浪谱华章
发布日期:2019-12-16 来源:九三学社山东省委会 浏览量: ...

【人物档案】文圣常,1956年加入九三学社,中国科学院院士,中国海洋大学教授。他的专业领域为物理海洋学,主要从事海浪学研究,先后提出了“普遍风浪谱”“涌浪谱”“理论风浪谱”等一系列创新理论;20世纪70年代,他提出的海浪计算方法,列入交通部《港口工程技术规范》;著有《海浪原理》《海浪理论计算原理》等理论专著,并为我国乃至世界海洋科学事业发展培养了许多优秀人才。2019年,当选“九三楷模”

海浪,是种久被习知的现象,它密切地关系着许多海上的活动,船舶航行、渔业捕捞、科学调查、军事战争等。作为一个海洋大国,我国的海浪研究于20世纪50年代艰难起步。1960年前后,中国科学家在国际上首次提出了“普遍风浪谱”和“涌浪谱”;1962年9月,世界上第一部海浪理论专著《海浪原理》在中国问世;1966年8月14日,国家海洋局海洋水文气象预报总台向全国播发了第一条海浪预报……回望我国海浪科学研究走过的铿锵足迹,诸多闪光点背后无不凝聚着我国著名物理海洋学家、海浪研究的开拓者文圣常院士的执着坚守与辛勤耕耘,数十年来,他用自己的汗水与智慧,在海浪科学研究领域谱写了一篇篇自主创新的华美乐章。

远渡重洋逐梦想

1944年夏,大学毕业后的文圣常被分配至位于成都的航空委员会第八飞机修理厂,担任试用技术附员。这期间,他参加了选拔出国进修人员的考试,并被录取。

几经周折,1946年初,文圣常最终登上了开往美国的轮船。在赴美的航船上,途径太平洋时,文圣常发现几千吨的轮船竟像纸船似的随着波浪起伏摇摆,他脑海中灵光一闪,这滚滚的波涛又何尝不是一种取之不尽用之不竭的能源呢。如果想办法收集起来,加以利用,应该是一种不错的研究方向。

在美国学习期间,文圣常利用业余时间,查阅了一些关于海浪的文献资料,并积极思考开发利用海浪能量的方法。1947年回国后,他结合自己的动力机械知识,设计出了一种简单的利用海浪能量的动力装置,并在嘉陵江畔、北戴河海边、青岛汇泉湾进行过试验。依托这一系列试验的成果,文圣常撰写了“利用海洋动力的一个建议”一文,于1953年在《机械工程学报》上刊发。迄今所知,这是我国学者最早进行海浪能量利用的试验。

20世纪50年代初,时在青岛办学的山东大学(中国海洋大学前身)正在筹建海洋系,经青岛观象台推荐,应首任系主任、中国著名物理海洋学家赫崇本教授邀请,文圣常进入到山东大学海洋系工作。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。

乘风破浪立新谱

自1953年至今,文圣常一直生活工作在青岛。60余年来,在风景如画的中国海洋大学校园里,在国家和学校以及社会各界的支持与关心下,他潜心于海浪研究和人才培养,并与团队成员一起在海浪学研究领域劈波斩浪、奋勇前行,取得了一系列举世瞩目的成就。

20世纪50年代中期,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”,但这两种方法只限于海浪在充分成长状态下的海浪频谱的内容,没有考虑海浪成长过程中的谱型形式。文圣常在充分学习借鉴这两种方法的基础上,结合自己的研究和思考,从能量平衡的观点出发,导出了可用以描述风浪成长全过程的普遍风浪谱,并撰写了“普遍风浪谱及其应用”一文。此外,在涌浪的研究中,文圣常考虑到挪威的斯韦尔德鲁普和美国的蒙克提出的能量平衡、P-N-J概念都是以半经验的方法来计算涌浪的波高和周期的,他对两位学者以空气阻力解释能量消耗,而没有考虑涡动影响的做法持保留意见。于是,文圣常基于涡动和绕射的作用,提出了涌浪谱的计算方法,在“涌浪谱”文章中他还考虑了台风区的圆形特点,并给出了对应的计算方法。

在我国著名地球物理学家赵九章和赫崇本两位教授的联名推荐下,这两项成果在当时的《中国科学》杂志上用英文发表。20世纪60年代初期又被译成俄文,在苏联著名海洋学家克累洛夫编著的《风浪》论文集中的风浪谱部分全文刊出,并在当年有关国际海洋科学进展评论中列为重要研究成果。

截至20世纪80年代,国际海浪学界在风浪谱理论研究中,依然是通过观测和科学家的个人经验得出有关数据和成果的,这种单纯依靠经验的做法具有一定的主观性和不确定性。为了弥补这一缺憾,文圣常在20世纪50年代末研究的基础上,采用解析的方法导出了风浪频谱和方向谱,并通过在谱形中引入一个参量“尖度因子”,推导出了理论形式的风浪频谱。这种“理论风浪谱”既适用于深海,也可应用于浅水区,能够对风浪随风速、风时、风区和水域的变化进行比较系统的描述,即用有效的参量描述谱形。这一成果很快在我国海浪预报业务中得到应用,并获得“国家自然科学奖”和“国家教委科技进步奖”。

耕海预浪防灾害

20世纪50年代末至60年代中期,文圣常的研究更多的侧重于理论方法层面。20世纪60年代中期,文圣常开始思考如何将海浪理论成果转化为现实生产力,为国民经济发展服务,使其产生一定的社会和经济效益。

当时,我国在港口、码头等大型海洋工程建设中,普遍采用的是苏联和美国的海浪计算方法,但在某些方面这些方法不太适合中国的海域特点。在这样的情况下,文圣常主持和领导了国家科委海洋组海浪预报方法研究组的技术工作,在研究中文圣常和团队成员充分考虑了我国海域的实际情况和现实特点,提出了一种适合中国海域特色的海浪计算方法,不仅精确度较高,而且计算方便,在国内海洋工程建设中得到了较广泛运用。20世纪70年代后期,为适应我国沿海城市改革开放的需要,文圣常又参与了近岸工程设计技术标准制定工作,他所提出的海浪计算方法列入交通部《港口工程技术规范》第二篇《水文》的第一册《海港水文》中,并于1978年出版,从而结束了我国在港口建设的有关规范中长期依赖苏联和美国的状况。1985年,该成果获得了国家科技进步二等奖。

20世纪80年代末、90年代初,文圣常又承担了国家重大科技攻关项目中的海浪数值预报方法研究课题,针对海浪数值预报国外通行方法中存在的困难,文圣常提出了一种新型混合型海浪数值预报模式。该模式把控制方程中能量摄取、耗散、非线性波-波相互作用等难以精确计算的源函数项合并为一项,然后通过易于观测到的比较可靠的海浪成长关系加以计算,从而使模式的精度有了基本保证,运转也比较稳定,计算时间约为当时国外WAM模式(第三代模式)的1/60,克服了在计算机上费时过多的弱点。由于适合中国国情,该预报模式不仅被国家有关预报部门使用,而且曾与苏联有关的海洋研究所合作,在远东海域推广应用。这一成果获得了国家“七五”“八五”科技攻关重大成果奖、联合国技术信息促进系统中国国家分部“发明创新科技之星奖”、国家教委科技进步一等奖和国家科技进步三等奖,文圣常本人也被授予“七五有突出贡献者”和“八五先进个人”等荣誉称号。经国务院批准,文圣常自1990年7月起终生享受政府特殊津贴,并于1993年当选中国科学院院士。

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,这与文圣常一直以来倡导的从中国海洋事业的实情出发,研究海洋灾害、造福人类的想法不谋而合。这期间,文圣常主持承担了“灾害性海浪客观分析、四维同化和数值预报产品的研制”专题的研究工作,相关产品现已在国家海洋环境预报中心应用于风浪预报,并进入当时中央电视台灾害海浪预报,在我国防灾减灾中取得了显著的社会和经济效益。20世纪90年代中后期,文圣常又主持了“近岸带灾害性动力环境的数值模拟和优化评估技术研究”专题项目,并亲自参与了其中某些子课题的研究工作,提出了新的风浪谱研究方法,该谱结构的可靠性、模式性能覆盖范围、改进的可行性、所需计算机时间等方面都优于当时世界上盛行的第三代海浪模式。

著书立说育桃李

海浪学是在第二次世界大战期间,为适应盟军诺曼底登陆需要而诞生的一门海洋分支学科,虽然起步较晚,但是发展迅速。“二战”后,伴随着海洋运输、港口建设、海上资源勘探开发、渔业养殖捕捞等涉海行业的发展,海浪研究越来越受到人们的重视。但是,这一新兴学科领域,却没有系统性的理论专著问世。鉴于这一学科发展的现实情况,文圣常在前期研究的基础上于1962年撰写了《海浪原理》一书,这是国内外出版的第一部海浪理论著作,至今仍为全球五大海浪专著之一。

20世纪60年代中期以后,海浪研究更加受到人们的重视和关注,创新成果不断出现,文献数量迅速增加,为便于我国广大海洋科研人员开展工作,文圣常和同事余宙文一起历时四年,编著了《海浪理论与计算原理》一书,并于1984年正式出版。该书系统性地梳理了世界范围内截至20世纪80年代初的海浪研究成果,在收录的500余篇文献资料中,近400篇是20世纪70年代后发表的。这两本著作迄今仍然是国内外海浪学者开展研究的重要参考书目,并在推动我国海洋科技人才培养方面发挥了重大作用。

在从事海浪理论和应用研究的同时,文圣常也积极地为我国海洋教育事业的发展贡献智慧和力量。他特别注重讲义和教材建设,陆续编著了《海浪学》《液体波动原理》《图解与近似计算》《海洋近岸工程》等教材。他亲临讲台,先后为山东大学、山东海洋学院、青岛海洋大学、中国海洋大学的本科生、研究生授课,数十年来,为我国乃至世界海洋科学领域培养了许多杰出人才,这其中既有中国海洋学界第一位在国内获得博士学位的研究生孙孚教授,也有卡尔•古斯塔夫•罗斯贝奖章获得者、美国夏成夷大学教授王斌。他们谨记文圣常院士的教诲,循着老师指引的方向,在浩瀚海洋中乘风破浪、扬帆远航。

(九三学社山东省委会)

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