学人志｜气象“小将”刘超的四个功夫

前不久，在第34届中国气象学会年会上，第一次参加学会年会的刘超激动地接过“涂长望青年气象科技奖”的奖杯。领奖台上的他身着牛仔裤、运动鞋，十足像个大学生。而此时，这位气象“小将”还不满30岁。

▲获颁第十七届“涂长望青年气象科技奖”（左二）

刘超是我校大气物理学院的教授、博士生导师。2015年，年仅28岁的他成为我校史上最年轻的教授。博士毕业至今短短4年，已经有不少荣誉加身。除了涂长望青年气象科技奖之外，他还获得第四届国际大气光散射和遥感学术研讨会Best Young Researcher（最佳青年研究者）奖、Elsevier出版社及JQSRT杂志社颁发的Peter C. Waterman Award。

年纪轻轻就获评教授，还频频获得国际学术奖励，让人不免好奇他的“成功之道”。笔者带着疑问来到刘超的办公室一探究竟。问其科研秘诀？曰无。问其有何突出成果？也无。问其获奖感受？也只有“激动”二字。被锁在柜子里的几个奖杯仿佛比主人更会表达，无声地讲述着主人在大气辐射和卫星遥感领域取得的学术成就，以及他短短8年科研道路上的努力。

▲2014年11月上海马拉松

读书要下苦功夫

本科时，刘超就读于同济大学。他在物理学的海洋里如鱼得水，对辅修的第二学位经济学课程也如饥似渴，但却因为英语的“短板”而常感缺憾。为了出国深造，刘超与英语“相爱相杀”，不分昼夜地疯狂学习，终于如愿以偿地拿到了美国德克萨斯A&M大学大气科学系的offer。

2009年，刘超赴美深造，跟随德克萨斯A&M大学杨平教授和R. Lee Panetta教授，开始了大气辐射和遥感研究。大气辐射研究对数理基础要求很高，这恰恰契合了刘超数理能力强的特点。然而面对新的专业，难免会有“无头苍蝇”一般的困惑，如何找准研究路子是头等大事。在导师引导下，刘超先后尝试了五六个不同的研究方向，有时候每个月、甚至每周都会更换一个研究内容。但这种尝试并不盲目，“那段时间我非常专注，每一个研究方向都倾尽全力去了解、认识，这对于尽快熟悉研究领域大有帮助”，刘超说。

▲刘超获得德克萨斯A&M大学大气科学系研究生

杰出科研奖（右为导师R. Lee Panetta教授）

在美国的第一个圣诞节令刘超记忆犹新。放了假的校园里空无一人，这也给了刘超专注科研的机会——他正忙于一个关于黑碳气溶胶微物理结构的程序，整个圣诞假期都泡在办公室里。圣诞节次日的凌晨3点，他才从学校返家。节日已过，静悄悄、黑漆漆的校园里只有刘超一人独行，但他却很开心，“程序总算调试成功了，虽然很基础，但毕竟是我自己独立完成的第一个程序，非常兴奋！”

在美国的第一年，刘超从未早于凌晨12点前休息。四年里，刘超没有回过国，几乎把所有的时间都用在了科研上。四年里刘超只向导师请过一周的假，和朋友们去黄石公园游玩，结果到了黄石也无心山水，干脆休息了一周。

功夫不负有心人。读书期间，学校大气科学系评选了两次研究生杰出科研奖，刘超都成为唯一的获奖者，在本科毕业四年后就顺利取得了博士学位。

▲参加年会期间，刘超（右二）与

国际著名气象学家廖国男先生（中）合影

科研须下笨功夫

真正让刘超对大气辐射和遥感研究产生信心，是博士期间所做的关于大气粒子光学特性的数值模拟研究。

这项研究是大气辐射和遥感研究的基础，而准确高效地计算尺度参数为几十到几百范围内的气溶胶或冰晶粒子光学特性也一直是大气辐射领域国际上公认的难点。瞄准这一“硬骨头”，刘超注意到了“曝光率”较低的时域伪谱法，“对这个算法进行改进优化，是不是就能解决计算精度问题呢？”在导师的鼓励下，他针对如何提高时域伪谱法的适用性和稳定性开始了漫长而枯燥的研究。

要解决难题，首先要找出问题根源。研究粒子散射的学者本身就少，而从事时域伪谱法研究的人更是寥寥无几，刘超几乎成为当时研究时域伪谱法在大气中应用的“独苗”。时域伪谱法涉及大量参数和算法，到底哪个环节才是关键因素？没有“巨人的肩膀”可以踩，自己的研究经验又几乎为零，除了笨方法，别无他选。刘超把数值算法程序里的所有细节挨个试验，每验证一个细节往往就要花上一个月甚至更久的时间。研究初期，这种近乎毫无目的筛选是令人绝望的，但刘超没有厌烦，“正是那两年的时间，把整个算法的各个细节摸了个透，这样的循环后来变得越来越快，也就感觉到离胜利不远了。”

▲与学生探讨学术问题

一次偶然的尝试中，惊喜出现了。“当时想换个更直接的方法去操作，看看效果如何，也没抱什么希望，结果却很意外”。刘超欣喜地发现，“此前以为已经解决的吉布斯现象竟然就是症结所在！两年的时间总算没白费！”

这样，刘超利用高频截断的方法，简单而有效地限制了吉布斯现象，从而极大地提高了计算的收敛性和稳定度，使其适用范围得到了扩大。“好像目前依然是精确计算非球形冰晶光学特性所能达到的最大尺度”，刘超自豪地介绍。

就这一研究成果的相关内容，刘超先后发表了3篇SCI论文，多次在国际会议上做学术报告，让长期被忽视的时域伪谱法在粒子散射领域再一次被重视起来。这两年的努力也让刘超在科学研究上“入了门”。“开始的时候一定不能急躁，踏实、用心地做好每一个细节，自然会有收获的时候。”今年3月，刘超获得了Peter C. Waterman Award，该奖每年在全球只授予一位在粒子散射领域有突出贡献的中青年科学家。

基础研究更显真功夫

“来看一下卫星云图。积雪很少，云也不多，本来就不多的降水在今天晚上到明天会变得更少……”在中央电视台《天气预报》节目中首次亮相的这套云图，是由风云四号A星在2017年2月27日观测所得。而风云系列气象卫星的设计和研制过程中也有刘超的贡献。

风云四号是我国自主研发的新一代静止轨道气象卫星，它像是太空中的“千里眼”，可以观察到地球表面的气象、环境等变化情况。回国后，刘超积极参与我国气象卫星及其产品的开发过程中。针对风云气象卫星成像仪，他带着研究生共同研发了国内首个结合天气预报模式和传输模式的卫星云图仿真系统，在给定大气、云和气溶胶条件下，系统可以模拟太阳辐射和地球红外辐射在大气中传输、被卫星接收的过程。

“通俗地讲，气象卫星的成像仪就是地球的照相机，通过给地球拍照来获取气象信息”，刘超解释，“我们开发的模拟仿真系统就是模拟卫星观测地球大气的过程，快速、准确地模拟出特定观测下的图像，这样的模拟既是卫星仪器定标的重要手段之一，也是实现气象资料反演的重要基础。”以前这样的仿真大多依靠国外开发好的算法，对于我国卫星的适用性很差。目前，这个模拟仿真系统已经成功应用于我国风云二号、风云四号气象卫星成像仪中，将在风云气象卫星数据的定量应用中发挥重要作用。

▲刘超（后中）和学生们在一起

其实，刘超所从事的大气辐射和遥感研究是大气科学领域中最为基础的一部分，堪称“科研背后的科研”。“我的研究没有那么‘高大上’，做不出什么惊天动地的成果，但它是科学发展不可或缺的基础部分。没有这些基础，前端研究就无法进行。”有人说，这个领域太“小众”，研究起来“吃力不讨好”，但刘超始终坚持，从未放弃。更准确地说，“坚持”对他来说是再平常不过的一件事，是每天24小时不间断运行的“后台程序”。

科研还得再下狠功夫

2014年，刘超结束在美国的博士后工作，准备回国。两场网络面试之后，刘超当即就决定来南信大，“因为我感觉到，这里的舞台更大。”

从学生“转型”到老师，刘超也曾“发憷”。第一次给本科生上课，他做了颇多准备，回顾知识点、准备教案、去听资深教授的课。几节课讲下来，他发现“自己掌握的知识要讲出来让别人也掌握，这个过程并不简单。”明年，刘超即将给本科生开设《大气辐射》课程，由他耗时两年翻译的教材《大气辐射——含典型案例的入门教程》前不久刚刚出版，“大气辐射太抽象了，对于本科生学习挑战很大，所以多花些时间，找一本适合本科生的入门教材是值得的”，刘超说。

▲刘超与银燕教授共同翻译的大气辐射入门教材

如今，他已经有了自己的科研团队，指导着10名硕士、博士研究生。指导研究生，刘超很“走心”。“一觉醒来，发现刘老师半夜发来的邮件，对我们来说是常事；他会及时地关注我们的学习和科研进度，我们有问题时，他都会放下手头的事，立刻解答”，博士生姚彬说。要求严格、态度温和，是刘超一贯的方式。有一次，硕士生李季交来了论文初稿，刘超很不满意，在论文封面上写了“生气！！！”，放回了李季的桌上。李季看到后既羞愧又觉得刘老师可爱，“刘老师舍不得严厉批评我们。”

尽管已是年轻有为的教授、博导，尽管已经捧回诸多重量级奖项，刘超却始终保持“新人心态”，踏实谨慎，虚心学习。“我只是一名青年教师、科研新人，获奖是一种认可，但更是激励。”心头的责任感也让刘超意识到，必须得再下狠功夫才行，“以前是自己做科研，做好做坏都是自己的事儿。现在心态完全不同了，面对学生不能有半点马虎和松懈——一门课讲不好，受影响的是一个班；研究生一个题目选不好，可能一半的研究生阶段就过去了，耽误不起呀。”

往期精彩

文字／方向

图片／由刘超提供

编辑／陈宗林

责编／陈宗林

审核／阙华燕 张锦文