洪涝监测济民生——记中山大学大气科学学院教授吴欢

马梦珂

吴欢主持2019年度全球洪水合作伙伴（GFP）国际会议

“洪水滔天，浩浩无涯。”“风卷白波翻，日煎红浪沸。”古人留下的文学宝藏，尽致展现了人类对自然灾害的恐惧。近年来，人类同样面临洪水等自然灾害的侵袭，如“2021年河南郑州7·20特大暴雨事件”，短时间内的极强降雨造成河南省所辖多个县区乡镇数万人受灾；“2020中国南方洪涝灾害”使全国16个省区198条河流发生超警戒水位以上洪水，另有重庆綦江上游干流更是发生了超历史洪水。

“如果洪水预警系统的精准度得到进一步发展，将直接有利于防汛抢险、水资源的合理利用与保护、水利工程建设和调度运用管理以及工农业的安全生产服务。最为重要的是，可以挽救更多人的生命。”中山大学大气科学学院教授吴欢一语道出了广大水文科技工作者的共同理想。已在水文领域探索了二十余年的他，时至今日仍然行走在这条鲜花与荆棘并存的道路之上，致力完善洪水监测研究的梦想一刻未曾松懈。

灵感源自需求 不改归国初心

“我与洪水预报算是一见钟情。”面对曾经专业上的“跨界”，吴欢调侃道。在北京大学遥感所读研究生期间，吴欢开始将遥感技术与水文学进行融合。恰巧，他的导师成功获批自然科学基金项目“基于遥感的分布式洪水预报”，吴欢毫不犹豫地加入该项目研究并成为主力。“学生时代想法单纯，机会又难得，我觉得这个课题对我有着莫名的吸引力。”此后，机遇与挑战并存的洪水研究课题彻底点燃了吴欢对此方向的热忱，在顺利结束博士阶段的求学生涯后，他远赴美国开始了博士后阶段的工作。

“博士毕业后，我决心以成熟的心态去看世界。实事求是地讲，我国当时在遥感和气象水文领域与发达国家的确存在一些科研进程方面的差异。”2007年至2017年，10年旅居美国的工作经历使吴欢拓宽了自己的科研视野，灵感源源不竭的他凭借自身的努力收获了不少科研机遇，众多顶尖科研机构向他抛出了橄榄枝。一向奉行“只求奋进，莫问前程”的他在异国勤学数年，终以优异表现丰富了自己的人生履历。2010年起，吴欢受聘于美国宇航局（NASA）-马里兰大学地球交叉科学研究中心（ESSIC）从事水文领域相关的研究工作；先后作为美国能源部、美国宇航局“应用科学-灾害（APS-Disaster）”“能量与水循环研究（NEWS）”“降水观测（PMM）”等多个科研计划的首席和联合首席科学家……为水文科技的发展提供了很大助益。2017年，吴欢入选国家高层次人才引进计划，回到祖国，投身新阶段的科研工作。

降水丰亏由天 防治监测在人

回国后，吴欢加入中山大学大气科学学院，并立刻组建团队开展了一系列围绕洪水问题的深入研究：在归国5年有余的时间之中，吴欢先后承担和参与了多项由国家自然科学基金委员会、科技部、应急管理部等资助的国家级和省部级科研项目，专注于“洪涝灾害监测预警和评估模型研究”，为我国洪水监测事业作出了重要贡献。

其中，“DRIVE水文模拟系统”可以称得上是一切成果的“地基”。据悉，该模型初现于2012年，由吴欢及合作者通过耦合分级主干汇水路径算法、汇流模型（DRTR）和VIC陆面过程产流模型等理论研发而成。该模型充分利用了当今陆面过程模型发展的主流成果，成功解决了陆面过程模型中缺乏侧向水流过程描述的问题，且适用于不同时空尺度的洪水模拟。DRIVE模型的输入包括降水、风速、气温等气象要素，以及土壤、植被及地形等陆表参数集，其主要特征表现为在不同空间分辨率上的稳定性和适应性。也正是由于其强适应性，模型可以更加便捷地对洪峰时间、流量及淹没范围、深度等进行持续、精细化（模型空间分辨率可到几米）的洪水模拟，并提供水库的入库流量，可估算水库水位。此模型一经问世，立刻引起业内广泛关注。

值得一提的是，截至目前，以DRIVE模型为核心的全球实时洪水监测与预报系统（GFMS）为国际主流实时洪水监测系统，用户及访问者几乎遍及每一个国家。另外，该系统也是目前全球唯一能够应用卫星降雨信息和水文模型在全球尺度上进行高分辨率可达1km的洪水模拟和实时监测的运行系统，对洪灾应急响应极其重要。

百尺竿头，更进一步。2020年，吴欢携团队在国家重点研发计划、国家自然科学基金和应急管理部等组织的联合资助下，结合极端水文气象模拟团队及其他合作者，从水文气象的角度进一步提出了一种基于大尺度水文模型耦合局地尺度-高分辨率水动力模型和城市内涝水文模型的全新洪水预报预警方案（GHS-F）。该方案以全球实时洪水监测与预报系统（GFMS）为蓝本，进一步融合了多源卫星遥感数据及地面观测数据，取其覆盖面广和连续性强的优势，在一定程度上解决了偏远地区及小流域水文资料匮乏问题，有助于提高大尺度空间洪水发生发展趋势预测的可靠性，中尺度典型流域或城市洪涝预测信息的准确性，以及局地尺度城乡街道淹没风险预估的精确性。此成果引起了学术界广泛的重视，并且成为吴欢团队近年来的工作重点。2020年6月初至8月底汛期期间，吴欢带领极端水文气象模拟团队日夜奋战，将GHS-F系统部署在国家应急管理部和国家气象台，为全国洪涝灾害应急管理提供业务化支撑发挥了极为重要的作用。

世界上从无绝对的完美，科学发展则尤其如此。GHS-F模型未来发展仍然“道阻且长”，对此，吴欢剖析道：“对于提高GHS-F模型系统的实用性，应优先从以下两方面着手：首先是主要河流的水位和流量通常受到大坝和水库的显著调节，且会受到人类活动的显著影响，若能实时同化径流量或水位观测数据，及时订正洪峰流量和峰现时间，对于开展洪水频率预测及风险预估，从而提高决策信心尤其重要；其次是GHS-F应该增强局地水动力模拟，集成或同化高分辨率遥感淹没信息，未来要实现更准确的洪水淹没、重要湖泊、蓄滞洪区动态模拟。优先解决以上两个问题，将有助于实现5～10m高分辨率的精细化洪涝灾害风险预测和评估，具有极大实用意义。”立足当下、展望未来的吴欢在叙述自己的专业领域时，眸中总是含着令人无法忽视的灼灼光辉，“我很庆幸当初选择了这个科研与应用并重的研究方向，随着极端天气的频发，一份‘看得见’的使命与责任时刻鞭策我不断奋进”。

国家自然科学基金国际合作项目年度会议

育人拒绝盲从 圆梦步步为营

作为科研人员，吴欢刻苦努力；作为一名教育从业者，他同样认真负责，主张“批判”与“辩证”。“我从来不喜欢学生‘唯师之命是从’，如果学生的文章、成果展现的完全是我的思路和想法，学生的出路在哪里呢？”秉持着这种开明的教学思想，他在日常的教学工作中大力培养学生“思辨”和“提问”两方面的能力，即善于以批判性的眼光审视前人成果，通过深入思考及实验探究从而提出一系列的科学问题。“我非常欢迎他们来与我讨论自己的疑问，只要问题是有效的、经过深思熟虑而提出的就可以，甚至我希望他们能够证明我个人观点中的疏漏与失误。实际上，我和学生偶尔也会在学术问题上有争议。”话语中对日常交流场景的描述不难读出他为人师表时的亲切与开明。

回首前路，吴欢既收获过来自无数合作伙伴的鲜花与掌声，也曾面对过风雨欲来时人们的痛苦与纠结。他说，他的愿望很朴实但又任重道远，极端天气在未来恐怕会发生得愈加频繁，所以，未来面对山洪、江洪及城市内涝等不同类型的水患，他希望能与背后无数科研工作者携手，在洪水暴发之前便提前预知灾难的降临，为国家做应急决策提供更加有力的数据支持，从而可以将伤害控制到最低，真正实现“运筹帷幄之中，决胜千里之外”。