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九三楷模 | 文圣常:耕海踏浪譜華章
發布日期:2019-12-16 來源:九三學社山東省委會 瀏覽量: ...

【人物檔案】文圣常,1956年加入九三學社,中國科學院院士,中國海洋大學教授。他的專業領域為物理海洋學,主要從事海浪學研究,先后提出了“普遍風浪譜”“涌浪譜”“理論風浪譜”等一系列創新理論;20世紀70年代,他提出的海浪計算方法,列入交通部《港口工程技術規范》;著有《海浪原理》《海浪理論計算原理》等理論專著,并為我國乃至世界海洋科學事業發展培養了許多優秀人才。2019年,當選“九三楷模”

海浪,是種久被習知的現象,它密切地關系著許多海上的活動,船舶航行、漁業捕撈、科學調查、軍事戰爭等。作為一個海洋大國,我國的海浪研究于20世紀50年代艱難起步。1960年前后,中國科學家在國際上首次提出了“普遍風浪譜”和“涌浪譜”;1962年9月,世界上第一部海浪理論專著《海浪原理》在中國問世;1966年8月14日,國家海洋局海洋水文氣象預報總臺向全國播發了第一條海浪預報……回望我國海浪科學研究走過的鏗鏘足跡,諸多閃光點背后無不凝聚著我國著名物理海洋學家、海浪研究的開拓者文圣常院士的執著堅守與辛勤耕耘,數十年來,他用自己的汗水與智慧,在海浪科學研究領域譜寫了一篇篇自主創新的華美樂章。

遠渡重洋逐夢想

1944年夏,大學畢業后的文圣常被分配至位于成都的航空委員會第八飛機修理廠,擔任試用技術附員。這期間,他參加了選拔出國進修人員的考試,并被錄取。

幾經周折,1946年初,文圣常最終登上了開往美國的輪船。在赴美的航船上,途徑太平洋時,文圣常發現幾千噸的輪船竟像紙船似的隨著波浪起伏搖擺,他腦海中靈光一閃,這滾滾的波濤又何嘗不是一種取之不盡用之不竭的能源呢。如果想辦法收集起來,加以利用,應該是一種不錯的研究方向。

在美國學習期間,文圣常利用業余時間,查閱了一些關于海浪的文獻資料,并積極思考開發利用海浪能量的方法。1947年回國后,他結合自己的動力機械知識,設計出了一種簡單的利用海浪能量的動力裝置,并在嘉陵江畔、北戴河海邊、青島匯泉灣進行過試驗。依托這一系列試驗的成果,文圣常撰寫了“利用海洋動力的一個建議”一文,于1953年在《機械工程學報》上刊發。迄今所知,這是我國學者最早進行海浪能量利用的試驗。

20世紀50年代初,時在青島辦學的山東大學(中國海洋大學前身)正在籌建海洋系,經青島觀象臺推薦,應首任系主任、中國著名物理海洋學家赫崇本教授邀請,文圣常進入到山東大學海洋系工作。從此,文圣常猶如魚兒入海,在這所因海而生的校園里耕海踏浪,取得了一個又一個開創性的海浪科研成果。

乘風破浪立新譜

自1953年至今,文圣常一直生活工作在青島。60余年來,在風景如畫的中國海洋大學校園里,在國家和學校以及社會各界的支持與關心下,他潛心于海浪研究和人才培養,并與團隊成員一起在海浪學研究領域劈波斬浪、奮勇前行,取得了一系列舉世矚目的成就。

20世紀50年代中期,國際上存在兩種比較盛行的海浪研究方法——“能量平衡法”和“譜法”,但這兩種方法只限于海浪在充分成長狀態下的海浪頻譜的內容,沒有考慮海浪成長過程中的譜型形式。文圣常在充分學習借鑒這兩種方法的基礎上,結合自己的研究和思考,從能量平衡的觀點出發,導出了可用以描述風浪成長全過程的普遍風浪譜,并撰寫了“普遍風浪譜及其應用”一文。此外,在涌浪的研究中,文圣??悸塹腳餐乃刮ざ侶稱蘸兔攔拿煽頌岢齙哪芰科膠?、P-N-J概念都是以半經驗的方法來計算涌浪的波高和周期的,他對兩位學者以空氣阻力解釋能量消耗,而沒有考慮渦動影響的做法持保留意見。于是,文圣?;諼卸腿粕淶淖饔?,提出了涌浪譜的計算方法,在“涌浪譜”文章中他還考慮了臺風區的圓形特點,并給出了對應的計算方法。

在我國著名地球物理學家趙九章和赫崇本兩位教授的聯名推薦下,這兩項成果在當時的《中國科學》雜志上用英文發表。20世紀60年代初期又被譯成俄文,在蘇聯著名海洋學家克累洛夫編著的《風浪》論文集中的風浪譜部分全文刊出,并在當年有關國際海洋科學進展評論中列為重要研究成果。

截至20世紀80年代,國際海浪學界在風浪譜理論研究中,依然是通過觀測和科學家的個人經驗得出有關數據和成果的,這種單純依靠經驗的做法具有一定的主觀性和不確定性。為了彌補這一缺憾,文圣常在20世紀50年代末研究的基礎上,采用解析的方法導出了風浪頻譜和方向譜,并通過在譜形中引入一個參量“尖度因子”,推導出了理論形式的風浪頻譜。這種“理論風浪譜”既適用于深海,也可應用于淺水區,能夠對風浪隨風速、風時、風區和水域的變化進行比較系統的描述,即用有效的參量描述譜形。這一成果很快在我國海浪預報業務中得到應用,并獲得“國家自然科學獎”和“國家教委科技進步獎”。

耕海預浪防災害

20世紀50年代末至60年代中期,文圣常的研究更多的側重于理論方法層面。20世紀60年代中期,文圣??妓伎既綰謂@死礪鄢曬質瞪?,為國民經濟發展服務,使其產生一定的社會和經濟效益。

當時,我國在港口、碼頭等大型海洋工程建設中,普遍采用的是蘇聯和美國的海浪計算方法,但在某些方面這些方法不太適合中國的海域特點。在這樣的情況下,文圣常主持和領導了國家科委海洋組海浪預報方法研究組的技術工作,在研究中文圣常和團隊成員充分考慮了我國海域的實際情況和現實特點,提出了一種適合中國海域特色的海浪計算方法,不僅精確度較高,而且計算方便,在國內海洋工程建設中得到了較廣泛運用。20世紀70年代后期,為適應我國沿海城市改革開放的需要,文圣常又參與了近岸工程設計技術標準制定工作,他所提出的海浪計算方法列入交通部《港口工程技術規范》第二篇《水文》的第一冊《海港水文》中,并于1978年出版,從而結束了我國在港口建設的有關規范中長期依賴蘇聯和美國的狀況。1985年,該成果獲得了國家科技進步二等獎。

20世紀80年代末、90年代初,文圣常又承擔了國家重大科技攻關項目中的海浪數值預報方法研究課題,針對海浪數值預報國外通行方法中存在的困難,文圣常提出了一種新型混合型海浪數值預報模式。該模式把控制方程中能量攝取、耗散、非線性波-波相互作用等難以精確計算的源函數項合并為一項,然后通過易于觀測到的比較可靠的海浪成長關系加以計算,從而使模式的精度有了基本保證,運轉也比較穩定,計算時間約為當時國外WAM模式(第三代模式)的1/60,克服了在計算機上費時過多的弱點。由于適合中國國情,該預報模式不僅被國家有關預報部門使用,而且曾與蘇聯有關的海洋研究所合作,在遠東海域推廣應用。這一成果獲得了國家“七五”“八五”科技攻關重大成果獎、聯合國技術信息促進系統中國國家分部“發明創新科技之星獎”、國家教委科技進步一等獎和國家科技進步三等獎,文圣常本人也被授予“七五有突出貢獻者”和“八五先進個人”等榮譽稱號。經國務院批準,文圣常自1990年7月起終生享受政府特殊津貼,并于1993年當選中國科學院院士。

20世紀最后十年,聯合國教科文組織提出了“國際減災十年”的號召,這與文圣常一直以來倡導的從中國海洋事業的實情出發,研究海洋災害、造福人類的想法不謀而合。這期間,文圣常主持承擔了“災害性海浪客觀分析、四維同化和數值預報產品的研制”專題的研究工作,相關產品現已在國家海洋環境預報中心應用于風浪預報,并進入當時中央電視臺災害海浪預報,在我國防災減災中取得了顯著的社會和經濟效益。20世紀90年代中后期,文圣常又主持了“近岸帶災害性動力環境的數值模擬和優化評估技術研究”專題項目,并親自參與了其中某些子課題的研究工作,提出了新的風浪譜研究方法,該譜結構的可靠性、模式性能覆蓋范圍、改進的可行性、所需計算機時間等方面都優于當時世界上盛行的第三代海浪模式。

著書立說育桃李

海浪學是在第二次世界大戰期間,為適應盟軍諾曼底登陸需要而誕生的一門海洋分支學科,雖然起步較晚,但是發展迅速。“二戰”后,伴隨著海洋運輸、港口建設、海上資源勘探開發、漁業養殖捕撈等涉海行業的發展,海浪研究越來越受到人們的重視。但是,這一新興學科領域,卻沒有系統性的理論專著問世。鑒于這一學科發展的現實情況,文圣常在前期研究的基礎上于1962年撰寫了《海浪原理》一書,這是國內外出版的第一部海浪理論著作,至今仍為全球五大海浪專著之一。

20世紀60年代中期以后,海浪研究更加受到人們的重視和關注,創新成果不斷出現,文獻數量迅速增加,為便于我國廣大海洋科研人員開展工作,文圣常和同事余宙文一起歷時四年,編著了《海浪理論與計算原理》一書,并于1984年正式出版。該書系統性地梳理了世界范圍內截至20世紀80年代初的海浪研究成果,在收錄的500余篇文獻資料中,近400篇是20世紀70年代后發表的。這兩本著作迄今仍然是國內外海浪學者開展研究的重要參考書目,并在推動我國海洋科技人才培養方面發揮了重大作用。

在從事海浪理論和應用研究的同時,文圣常也積極地為我國海洋教育事業的發展貢獻智慧和力量。他特別注重講義和教材建設,陸續編著了《海浪學》《液體波動原理》《圖解與近似計算》《海洋近岸工程》等教材。他親臨講臺,先后為山東大學、山東海洋學院、青島海洋大學、中國海洋大學的本科生、研究生授課,數十年來,為我國乃至世界海洋科學領域培養了許多杰出人才,這其中既有中國海洋學界第一位在國內獲得博士學位的研究生孫孚教授,也有卡爾•古斯塔夫•羅斯貝獎章獲得者、美國夏成夷大學教授王斌。他們謹記文圣常院士的教誨,循著老師指引的方向,在浩瀚海洋中乘風破浪、揚帆遠航。

(九三學社山東省委會)

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