張珂：縱橫江河二十年

范佳樂

張珂

2000多年前，太史公南登廬山，俯瞰大禹疏浚九江之遺跡，行走四方考察，遍覽天下之水，最終發(fā)出“甚哉，水之為利害也”的千古感嘆。

這一聲感嘆道出幾千年來人與水之間緊密相連的關(guān)系。水利則萬物生，水為患則民生不安。面對水資源時空分布極不均衡，水旱災(zāi)害頻發(fā)這一基本國情，中華人民共和國成立后，黨和政府多次召開水利工作會議，部署實施了一系列重要的水利工程，對大江大河進(jìn)行治理。為了防治中小河流洪災(zāi)頻繁發(fā)生，我國政府于2010年啟動了全國中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)等項目建設(shè)。許許多多水文水資源領(lǐng)域的科研工作者投身其中，為水旱災(zāi)害的防治工作默默奉獻(xiàn)。

來自河海大學(xué)的教授張珂正是其中一員。近20年來，他牢記使命，在水旱災(zāi)害形成機(jī)理、監(jiān)測與預(yù)報預(yù)警、水文過程衛(wèi)星遙感技術(shù)及應(yīng)用、陸氣耦合機(jī)理與模擬、氣候變化和人類活動對生態(tài)水文過程的影響等方面取得了一系列科研成果，發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，申請授權(quán)發(fā)明專利、軟件著作權(quán)近20項，編寫著作7部，為我國水利科學(xué)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

天下有溺猶己溺，此志毋稍弛

張珂身上的使命感來自1998年那場百年一遇的大洪水。

那年夏季濕熱異常，入汛以來，從6月12日到8月27日，整整77天，江南、華南大部分地區(qū)及東北局部地區(qū)連降暴雨，引發(fā)特大洪水，全國共有29個省、自治區(qū)、直轄市遭受觸目驚心的洪澇災(zāi)害。在這場牽動全國的天災(zāi)中，湖北利川的土家族少年張珂完成了自己的志愿填報和高考。

“利川在清江上游，洪水不算大，但是整個長江流域洪水肆虐，這強(qiáng)烈激發(fā)了我戰(zhàn)勝天災(zāi)的想法，因而選擇了河海大學(xué)的王牌專業(yè)水文與水資源學(xué)……當(dāng)時的想法其實還挺單純的?！?3年后，已經(jīng)是水文水資源領(lǐng)域知名中青年專家的張珂，提起這份科研初心仍然有些動容。

作為災(zāi)難的親歷者，18歲的張珂已經(jīng)深刻意識到人與水的利害關(guān)系。這在往后的歲月中數(shù)次提醒他，一定要把水文與水資源學(xué)研究做好。“天下有溺猶己溺，此志毋稍弛?！焙雍４髮W(xué)校歌中的這句詞，成為張珂內(nèi)心的真實寫照。

1998年，張珂進(jìn)入河海大學(xué)就讀水文與水資源利用專業(yè)，通過4年的學(xué)習(xí)，取得了優(yōu)異的成績，獲評為校優(yōu)秀畢業(yè)生，作為極少數(shù)成績優(yōu)異的本科生被推薦免試在河海大學(xué)繼續(xù)攻讀碩士學(xué)位。碩士期間，他跟隨導(dǎo)師李致家教授研究水文物理規(guī)律模擬及水文預(yù)報，李致家教授是水文預(yù)報領(lǐng)域的著名專家，師承我國著名水文學(xué)家趙人俊教授。李致家教授很早就發(fā)掘了張珂的科研潛力，非常支持張珂的研究想法，給了他極大的科研自由度和信心，指導(dǎo)他在分布式水文模型研發(fā)上取得重要成果。2005年，張珂以優(yōu)異成績畢業(yè)，其學(xué)位論文獲評為江蘇省優(yōu)秀碩士論文。為了學(xué)習(xí)世界最新科技和探索國際學(xué)術(shù)前沿，他勇敢踏出國門，遠(yuǎn)赴美國蒙大拿大學(xué)攻讀生態(tài)水文學(xué)博士學(xué)位。

在蒙大拿大學(xué)，張珂的導(dǎo)師是美國生態(tài)水文領(lǐng)域的頂級專家Steven Running和陸面遙感領(lǐng)域的著名專家John Kimball。Steven Running教授雖然年紀(jì)較大，但思維活躍、視野開闊，為人和藹可親，善于四兩撥千斤，在輕松的氛圍當(dāng)中給予學(xué)生精準(zhǔn)的點撥。John Kimball教授當(dāng)時40余歲，精力充沛，做事勤勉高效，是一位行動派人士。最令張珂印象深刻的是，每次“論文交上去，他通常3天就會修改好，連細(xì)微語法錯誤都不會放過”。兩位導(dǎo)師的科研風(fēng)格深深地影響了張珂，多年后他走上自己的工作崗位時，這些都成為難能可貴的經(jīng)驗財富。

博士期間，張珂的研究主要圍繞泛北極地區(qū)陸地生態(tài)水文過程對氣候變化和波動的響應(yīng)。在導(dǎo)師指導(dǎo)下，張珂成長迅速，相關(guān)研究也成為他的代表性研究成果之一。2009年博士畢業(yè)后，他順利獲得了全球頂級高校哈佛大學(xué)的博士后研究崗位。2010年到2014年，張珂在哈佛大學(xué)有機(jī)體和進(jìn)化生物系歷任博士后研究員和副研究員。

在哈佛大學(xué)，張珂參與到一項備受矚目的課題中。當(dāng)時，世界上最大的熱帶雨林——“地球之肺”亞馬孫熱帶雨林在20世紀(jì)后半葉遭到了難以逆轉(zhuǎn)的過度開發(fā)，導(dǎo)致雨林急劇減少，截至2010年，其熱帶雨林的面積減少了整整一半，引起國際各方高度關(guān)注。

“我在哈佛大學(xué)的博士后導(dǎo)師Paul Moorcroft教授對水文生態(tài)研究領(lǐng)域做得非常深入，引領(lǐng)了全球植被動態(tài)模型的研究，他十分善于探究本質(zhì)。他特別執(zhí)著，給我做了很好的指引。他當(dāng)時帶領(lǐng)團(tuán)隊開發(fā)了一個引領(lǐng)學(xué)科國際前沿的全球動態(tài)植被模型，叫Ecosystem Demography-2.0模型。2010年受戈登和貝蒂·摩爾基金會600多萬美元資助，Paul Moorcroft帶領(lǐng)團(tuán)隊開始研究和預(yù)測21世紀(jì)在不同氣候變化和人類活動情境下，亞馬孫熱帶雨林碳-水循環(huán)變化及其生態(tài)效應(yīng)。”這是一個充滿挑戰(zhàn)又蘊含重要科研價值的研究項目，張珂在哈佛大學(xué)期間，有相當(dāng)長的時間投身其中。后來，他還加入美國宇航局的AirMOSS研究計劃中，為此工作長達(dá)3年?！拔以谶@兩個項目當(dāng)中主要的工作就是運用最新的遙感和模型模擬技術(shù)來研究陸地生態(tài)系統(tǒng)對氣候系統(tǒng)的變化和波動的響應(yīng)及反饋作用。后來陸續(xù)有多篇高質(zhì)量成果發(fā)表在相關(guān)領(lǐng)域的頂級期刊上?！边@些成果的發(fā)表令張珂在學(xué)術(shù)界得以嶄露頭角。

早在哈佛大學(xué)做博士后研究期間，張珂就接到了母校河海大學(xué)的熱切邀請，希望他回校任教。出于積累經(jīng)驗、全面提升的打算，張珂沒有立即答應(yīng)。后來，他又受邀前往俄克拉何馬大學(xué)中尺度氣象研究聯(lián)合所任研究員，進(jìn)一步從事水文氣象領(lǐng)域研究工作。2014年至2015年，張珂相繼擔(dān)任了俄克拉何馬大學(xué)遙感應(yīng)用和地理信息系統(tǒng)研討會發(fā)起人和主持人。2015年，他又擔(dān)任了美國地球物理學(xué)會“Advances in Remote Sensing of Natural Hazards”分會發(fā)起人和主持人，并從這年開始受邀擔(dān)任美國地球物理學(xué)會Remote Sensing and Natural Hazards專著主編。至今，他還擔(dān)任Frontiers in Earth Science副主編、Advances in Meteorology特邀主編。學(xué)術(shù)地位得到肯定，掌聲與鮮花一同涌來的時候，張珂再次收到了母校河海大學(xué)伸出的橄欖枝，此時的他認(rèn)為時機(jī)終于成熟，欣然答應(yīng)。

大禹治水，足跡遍布九州，三過家門而不入。張珂海外求學(xué)、科研十余載，輾轉(zhuǎn)多地，不敢懈怠。為天地立仁心，為生民擔(dān)使命，這個從清江源頭走出的土家族少年，為著心里始終涌動著的那份悲憫博大的情懷，從傳統(tǒng)水文到生態(tài)水文、遙感水文、水文氣象，如饑似渴地汲取，從不拘泥于某一方向，盡可能通才達(dá)識形成多元交叉的學(xué)科體系。這條路雖辛苦，但他走得穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)，深深扎根，緩緩開出了花。

橫流浩劫永斷絕，拯救數(shù)兆黎

在河海大學(xué)，張珂迎來了自己的科研成果井噴期。

河海大學(xué)作為國內(nèi)水利學(xué)科的王牌院校，近10年來，大力開展走出去和引進(jìn)來的學(xué)術(shù)交流戰(zhàn)略，具備了濃郁的國際化科研氛圍。借助河海大學(xué)這一廣闊平臺，回國后，短短6年，張珂先后成為國家高層次人才青年項目入選者、江蘇省杰出青年基金獲得者、江蘇省“雙創(chuàng)計劃”雙創(chuàng)人才、江蘇省“六大人才高峰”高層次人才、南京“科技頂尖專家集聚計劃”人才；相繼主持包括國家重點研發(fā)項目課題、國家自然科學(xué)基金委面上項目在內(nèi)的國家和省部級項目近20項，取得了一系列可喜的成績；并于2020年當(dāng)選國際環(huán)境建模與軟件協(xié)會（iEMSs）秘書長，國際水文科學(xué)協(xié)會（IAHS）中國委員會委員等：同時，他還是Journal of Hydrology、Environmental Modelling & Software、Hydrology Research、Water Science and Engineering、Hydrology Research、Advances in Atmospheric Sciences等國際著名學(xué)術(shù)期刊的副主編或編委。

張珂繼承了導(dǎo)師們的實干、勤勉、高效、開明，又將這些傳遞給與自己并肩作戰(zhàn)的團(tuán)隊成員們。他欣賞思維活躍的學(xué)生，并注意引導(dǎo)他們沉下心來，將科研成果真正形成科研產(chǎn)出，用于造福社會。他鼓勵學(xué)生學(xué)好語言工具，如當(dāng)初John Kimball教授通篇不放過一個細(xì)小錯誤地給自己改論文那樣，極其認(rèn)真地對待學(xué)生交上來的文章。他將自己對夯實水文與水資源學(xué)基礎(chǔ)，提升交叉學(xué)科背景的理念貫徹始終，因而他的團(tuán)隊能做的課題多，研究起來有信心。在這支由4名青年教師、3名博士后研究員、30多名碩博士研究生組成的課題組中，到處都是張珂的烙印。

帶著這樣的隊伍，張珂通過一個又一個項目，踐行著“橫流浩劫永斷絕，拯救數(shù)兆黎”這句河海大學(xué)校歌歌詞道出的科研理想。

2016年起，面對我國水旱災(zāi)害頻發(fā)，在氣候變化與高強(qiáng)度人類活動共同作用下，水文節(jié)律非穩(wěn)態(tài)增強(qiáng)，不確定性加劇，洪旱災(zāi)害預(yù)測預(yù)報面臨巨大挑戰(zhàn)的實際情況，張珂帶領(lǐng)團(tuán)隊展開“多遙感與大數(shù)據(jù)技術(shù)推動的水災(zāi)害預(yù)報研究”。他們利用大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘水文規(guī)律，實現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)的優(yōu)化，提高了對下墊面時空變異性的體現(xiàn)程度；辨析了星地多源降水?dāng)?shù)據(jù)誤差特性并研究含多源降水產(chǎn)品的高效融合與降尺度方法；厘清了土壤含水量同蒸散發(fā)過程的相互作用機(jī)制，實現(xiàn)了土壤濕度微波物理反演與蒸散發(fā)反演模型的有效結(jié)合，建立了土壤濕度與蒸散發(fā)的協(xié)同反演方法；結(jié)合最新信息同化技術(shù)，研究多源信息場同精細(xì)化分布式水文模型的同化方法，從而提高了洪旱水災(zāi)害的模擬預(yù)報精度。

2018年起，張珂團(tuán)隊開始了對“典型濕潤山丘區(qū)異質(zhì)下墊面下生態(tài)水文學(xué)過程耦合機(jī)理與模擬”課題的研究。團(tuán)隊選取了新安江“大-中-小”三級嵌套流域開展野外立體觀測實驗和機(jī)理分析，建立了基于多源、多平臺遙感手段的植被組成與結(jié)構(gòu)協(xié)同反演方法，探明了植被的空間異質(zhì)性，揭示了精細(xì)尺度下流域下墊面空間異質(zhì)性對生態(tài)水文過程的影響機(jī)制，構(gòu)建了流域下墊面物理條件空間異質(zhì)性對生態(tài)水文過程影響的非均化概化、精細(xì)化模擬和尺度轉(zhuǎn)換方法，發(fā)展了基于哈佛大學(xué)Ecosystem Demography-2.1動態(tài)植被模型的生態(tài)水文模型，闡明了典型濕潤山丘區(qū)生態(tài)水文過程的時空分布規(guī)律。在研究濕潤山丘區(qū)的生態(tài)水文耦合機(jī)理、下墊面概化方法和模型模擬技術(shù)等方面取得了一系列創(chuàng)新。

針對寧夏三河源地區(qū)水資源“量少、質(zhì)差、分散，蒸滲損失大、利用效率低”，水源涵養(yǎng)林建設(shè)存在“成活率低、保存率低、配置不合理”，以及水土保持工程措施導(dǎo)致水資源無效損失加大等問題嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)?00萬居民生存和發(fā)展的現(xiàn)狀，張珂和團(tuán)隊圍繞氣候和下墊面變化下如何實現(xiàn)三河源區(qū)的水資源挖潛，選擇具有代表性的3個流域，開展三河源氣候和下墊面條件變化下水循環(huán)過程和水資源潛力評估與挖潛等研究，重點解決了該地區(qū)水資源潛力挖掘和水資源高效利用的關(guān)鍵技術(shù)和方法，為大規(guī)模開展生態(tài)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了技術(shù)支撐。

在張珂及其團(tuán)隊目前在研的項目中，最重要的一項是關(guān)于中小河流防控這一難題?！?998年之后，我國在大江大河的治理上取得了突破性的成功。大江大河的洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率顯著下降，但是隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，一些中小河流旁邊聚集起越來越多的人口。中小河流洪澇災(zāi)害頻發(fā)，造成大量人員財產(chǎn)損失，已成為我國洪澇災(zāi)害損失的主體 。”

2018年，河海大學(xué)獲得科技部資助承擔(dān)國家重點研發(fā)項目“中小河流防控與應(yīng)急管理關(guān)機(jī)技術(shù)研究與示范”，張珂帶領(lǐng)團(tuán)隊主持了“不同水文氣象分區(qū)和下墊面產(chǎn)匯流演變規(guī)律及響應(yīng)機(jī)理”課題。圍繞厘清中小河流產(chǎn)匯流規(guī)律和提升洪水預(yù)報精度的科學(xué)目標(biāo)，通過結(jié)合產(chǎn)匯流機(jī)理分析、多源遙感方法、信息融合技術(shù)和模型模擬方法，他們提出了蓄滿與超滲產(chǎn)流模式的空間組合模擬方法、流域土壤濕度初始狀態(tài)場和實際蒸散發(fā)耗散的衛(wèi)星遙感估算方法等，形成了基于多源遙感和信息融合的中小河流洪水預(yù)報方法與模型。該研究成果經(jīng)過應(yīng)用對比發(fā)現(xiàn)，比原有的固定產(chǎn)流模式模型方法的洪水預(yù)報合格率提升了15%～40%，顯著地提升了預(yù)報精度。

“未來，我們打算把這套技術(shù)推廣到全國，讓它能夠真正落地，為全國的防控減災(zāi)服務(wù)，我希望它能達(dá)到如1998年之后國家對大江大河的治理所取得的效果?！睆堢嫦嘈拍且惶旌芸鞎絹怼４蠼蠛?、中小河流相繼得到有效治理，奔騰肆虐的洪魔被鎖在水利科學(xué)的大網(wǎng)中，可防可治，可監(jiān)測可預(yù)報，不受約束的洪災(zāi)成為傳說，水利而萬物生發(fā)。