文 ｜《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者 張晴丹
“成功=1%的汗水+99%的機(jī)遇/靈感”。
十年前，南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院教授丁愛軍在科學(xué)網(wǎng)博客中寫下這個(gè)“公式”。沒成想引起了不小的關(guān)注，對(duì)此觀點(diǎn)有理解與支持，也有批評(píng)與質(zhì)疑。
十年后，他依舊秉持這個(gè)觀點(diǎn)。“很多科學(xué)家很勤奮很努力地做科研，但有時(shí)候真正有意思的科研成果最需要的還是機(jī)遇和靈感。而對(duì)于像國(guó)內(nèi)大氣科學(xué)這樣的小學(xué)科而言，機(jī)遇有時(shí)也許是決定性的?！?/span>
這一次，他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在全球野火天氣反饋機(jī)制方面取得重大進(jìn)展。2月3日，這篇論文以Research Article形式發(fā)表于Science，并被作為同期亮點(diǎn)文章予以重點(diǎn)介紹。丁愛軍向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》講述了背后的科研故事。
20年全球數(shù)據(jù)分析，有了重要發(fā)現(xiàn)
《流浪地球》里有這樣一句對(duì)白：最初，沒有人在意這場(chǎng)災(zāi)難。這不過是一場(chǎng)大火，一次旱災(zāi)，一個(gè)物種的滅絕。一座城市的消失。直到這場(chǎng)災(zāi)害和每個(gè)人息息相關(guān)。
美國(guó)加州山火、澳大利亞連燒4個(gè)多月的山火、去年重慶山火……近年來，全球山火發(fā)生數(shù)和嚴(yán)重程度都在不斷上升，越來越多的人開始留意電影里的那句話。
山火緣何頻發(fā)？當(dāng)前，學(xué)界通常將極端野火事件頻率的增加與氣候變化直接關(guān)聯(lián)。
然而，氣候變化是以“年”為時(shí)間單位，當(dāng)用更小的尺子去觀測(cè)，天氣尺度反饋是如何影響野火的走勢(shì)呢？人們尚不清楚。而這會(huì)削弱人類防火減災(zāi)的能力。
事實(shí)上，野火發(fā)生頻率和強(qiáng)度存在多種時(shí)空尺度。在研究了過去20年全球不同野火燃燒區(qū)域的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)后，丁愛軍研究團(tuán)隊(duì)有了重大發(fā)現(xiàn)。
“美國(guó)西岸和東南亞的中南半島地區(qū)的野火燃燒面積存在著較強(qiáng)的天氣尺度變化，并分別在大約1周和2周時(shí)間尺度頻譜最強(qiáng)?！倍圮娊榻B。
通過對(duì)2020年9月美國(guó)西岸超級(jí)野火事件和2004年3月亞洲中南半島森林大火開展氣象-化學(xué)全耦合數(shù)值模擬，他們找到了兩個(gè)典型氣候區(qū)野火和天氣相互影響機(jī)制異同背后的原因。
美國(guó)西部屬地中海氣候，野火產(chǎn)生大量煙霧，增加氣溶膠濃度，氣溶膠的輻射效應(yīng)會(huì)增加更多的干熱山風(fēng)，導(dǎo)致野火區(qū)域風(fēng)速變大和濕度驟減，從而導(dǎo)致野火潛勢(shì)顯著上升并大大增加峽谷城市空氣污染程度。
中南半島則位于亞洲季風(fēng)區(qū)，野火產(chǎn)生的煙霧被抬升至高空后，可以沿著我國(guó)南部沿海傳輸上千公里，并伴有復(fù)雜的云與降水過程以及大尺度環(huán)流的參與，導(dǎo)致燃燒區(qū)降水減弱進(jìn)一步加劇野火，故而該地區(qū)的野火天氣反饋的時(shí)間尺度較北美西岸則相對(duì)更長(zhǎng)。
這篇論文的創(chuàng)新之處，正是發(fā)現(xiàn)了野火不僅受氣象條件的影響，其排放的氣溶膠經(jīng)過復(fù)雜的反饋過程，會(huì)反過來改變風(fēng)速、濕度和降水等關(guān)鍵氣象指數(shù)，從而加劇野火的蔓延。
“火生煙、煙催火，這是一個(gè)重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)！”丁愛軍表示。全球氣候變化的尺度很長(zhǎng)，這意味著全球變暖的大趨勢(shì)短期難以改變，只有認(rèn)識(shí)影響野火發(fā)生、發(fā)展和消亡的復(fù)雜理化機(jī)制與關(guān)鍵控制過程，才能實(shí)現(xiàn)人為主動(dòng)應(yīng)對(duì)和精準(zhǔn)干預(yù)。
沖擊頂刊需要“運(yùn)氣”
丁愛軍十年前在科學(xué)網(wǎng)博客分享了他第一次投頂刊的故事。
當(dāng)時(shí)由于完全零經(jīng)驗(yàn)，他花了大量時(shí)間研究投稿要求和格式，寫稿前幾乎把該領(lǐng)域發(fā)表在Nature系列上的所有文章下載下來仔細(xì)研讀。雖然成果得到了國(guó)際著名學(xué)者的欣賞并建議嘗試頂刊，但在投稿過程中卻遭受多輪“晴天霹靂”——編輯不同意送審。原因是“文章可能不會(huì)引起廣泛興趣”。文章幾經(jīng)波折，最終發(fā)表在本學(xué)科的專業(yè)刊物。
“那篇文章idea的形成完全由于機(jī)緣巧合和一時(shí)的靈感，然而沖擊國(guó)際超一流期刊中，卻總欠缺些許'運(yùn)氣’?！倍圮娬f。
此后，丁愛軍團(tuán)隊(duì)發(fā)表的系列論文都經(jīng)歷了曲折的投稿過程。比如，2016年黑碳“穹頂效應(yīng)”的工作被頂刊虐了個(gè)遍，發(fā)表后被美國(guó)Science News報(bào)道，后來成為Geophysical Research Letter期刊自2016年以來引用量第一的論文，目前已連續(xù)保持了7年。
2019年初，兩篇同時(shí)送審Science后“涼涼”的論文，先后在Nature Geoscience和Nature Communications發(fā)表，還有兩篇關(guān)聯(lián)的論文也歷經(jīng)磨難，最后分別發(fā)表于National Science Review和Science Bulletin。
“審稿人有意或無意地'刁難’，對(duì)科學(xué)成果的深入是有幫助的。審稿的過程促使我們不斷思考和挑戰(zhàn)新問題，最后也促成了這篇Science亮點(diǎn)文章的最終發(fā)表。”丁愛軍說。
丁愛軍
十年磨一劍，靈感源自一次偶然事件
十年來，丁愛軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一直深耕氣溶膠—邊界層相互作用的研究方向。他的靈感源泉，還得從一次觀測(cè)到的偶然事件說起。
2012年，他承擔(dān)了一門針對(duì)全校不同專業(yè)新生的研討課《空氣污染：從局地到全球》，并在周末帶著學(xué)生到南京周邊重污染源區(qū)和寶華國(guó)家森林公園進(jìn)行對(duì)比參觀和課外考察。
那天，他們偶遇了南京“黃泥天”污染事件，丁愛軍通過他們團(tuán)隊(duì)在南京大學(xué)仙林校區(qū)建設(shè)的大氣觀測(cè)基地獲得了第一手觀測(cè)數(shù)據(jù)。
這樣一個(gè)點(diǎn)觀測(cè)到的偶然事件，讓丁愛軍看到了從區(qū)域到全球尺度的普適規(guī)律，也由此開啟了氣溶膠—邊界層相互作用的研究方向。巧的是，這項(xiàng)研究正好呼應(yīng)了當(dāng)年定的那門新生研討課的名稱。
“科學(xué)研究的奇妙之處在于每天可能會(huì)有驚喜，要善于觀察和思考，一件或幾件很小的事情也許會(huì)產(chǎn)生重要的靈感和科學(xué)成果。比如一次偶然的外出考察?！倍圮姼嬖V自己的學(xué)生。
在經(jīng)歷數(shù)次“痛并快樂”的投稿過程后，丁愛軍對(duì)于發(fā)表論文已不太在意，他也會(huì)用自己切身經(jīng)歷去寬慰學(xué)生，讓他們目光放長(zhǎng)遠(yuǎn)。當(dāng)然，這份不在意的背后，是“曾經(jīng)滄?！焙蟮幕磉_(dá)。丁愛軍迄今在地學(xué)和環(huán)境領(lǐng)域主流國(guó)際期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇，相關(guān)論文Google-Scholar總引用16000余次。丁愛軍多次受邀在重要的國(guó)際會(huì)議上作報(bào)告，并得到同行稱贊，這些更能令他有獲得感。
2022年，丁愛軍獲得了“科學(xué)探索獎(jiǎng)”，他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)也在日益壯大。團(tuán)隊(duì)擁有非常先進(jìn)的儀器和平臺(tái)，在研究手段上將高質(zhì)量的理化參數(shù)的外場(chǎng)觀測(cè)與先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模型模擬緊密結(jié)合，去回答傳統(tǒng)氣象學(xué)和大氣環(huán)境與大氣化學(xué)中高度交叉的基礎(chǔ)性科學(xué)問題，形成了大氣科學(xué)領(lǐng)域特色鮮明的研究方向。
“我經(jīng)常鼓勵(lì)學(xué)生多做一些學(xué)科交叉的工作。我堅(jiān)信，學(xué)科交叉能迸發(fā)出很多新想法?！倍圮娬f。
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