家国情·科技报国绽芳华丨陈思宇：沙漠旅行的观察者
大气科研工作者陈思宇，有一段极其浪漫的形容：“我的工作，像是在研究沙尘的旅行。在这场漫长奇幻的长途旅行中，沙尘来自哪里？旅行路线是什么？它可能会漂浮很远的距离，有时甚至跨越大洋，跑遍洲际，那么最终它的落脚点在哪里？沙尘颗粒与地球的各个圈层，又发生了什么样的互动？”
为什么要关心不起眼的沙尘的旅行？可能你会想到的答案是沙尘暴，但沙尘暴只是其中一种结果。也许你不会想到的是，来自北非的沙尘，在长途跋涉后会影响北美和印度的降水。
“沙尘的旅行，绝不是在大气中简单的漂流，而是与周围环境产生很多有意思的互动，例如与云、降水、积雪以及太阳辐射等相互作用。”陈思宇介绍，当沙尘沉积到冰川表面，冰川反射太阳辐射的能力会减弱，冰川表面吸收更多能量，冰川的融化加速了；悬浮在大气中的沙尘，会吸收太阳辐射，导致大气温度升高；当沙尘在风的作用下传输时，遇到难以跨越的山脉，就会沉积下来，而这种过程可能是黄土高原形成的原因之一。
沙尘的旅行，塑造着也改变着我们生活的世界，而陈思宇就是这个过程的观察者。
2003年，还在读高中的她注意到，窗外经常笼罩着薄雾，有时候教室的日光灯显现出淡紫色。好奇之余，她也很开心，因为往往这个时候不用出课间操。
这时候物理马老师总会过来，跟学生们聊聊天。在陈思宇的记忆中，他是很独特而温暖的存在。“高中的学习生活总是紧张又忙碌，一切似乎都围绕高考展开，但我感到非常幸运的是，在紧张的备考之余，马老师总会见缝插针给我们科普很多科学知识和科学家传记。他平时很喜欢听各种科学讲座，回来后总会与我们分享最新的知识。”
从他那里，陈思宇第一次那么鲜明地感受到一个人对自然科学的无条件热爱，他也解答了她的疑惑。雾蒙蒙的天空和变色的日光灯光都是出于空气污染，而他们之所以不用出操，是因为马老师深知空气污染的危害，向学校提出了建议。
在那个时代，这个专业还很小众，很多人还不了解大气科学的奥妙，很多入学者都是调剂生，而陈思宇在马老师的建议下以第一志愿报考了大气科学专业。进入学校后，她惊喜地发现高中的同班同学竟然也选择了大气科学，被分到了她的隔壁宿舍。一年后，她们的学弟也以第一志愿报考了该专业。
同一个高中，如此多的学生不约而同选择了同一个学校同一个专业，这绝非巧合——他们都受到了马老师的影响。
在兰州大学度过了四年的时光，她积累了丰富的大气科学专业知识，希望进一步攻读研究生学位，就联系到时任大气科学院院长的黄建平院士。繁忙的工作之中，黄老师也考虑细致，既要面试，又不想耽误她的学习，就匆忙地从城关本部校区赶到陈思宇所在的位于郊外榆中校区。
尽管面试时间不长，陈思宇还是捕捉到了院长言语之中，对大气科学的热爱。那时，黄老师刚从国外回来，周围人都很好奇他为什么会放弃国外高数倍的薪资，回到兰州这个小城市。而这次与黄老师的会面，似乎让陈思宇窥见了答案。
面试快要结束时，黄老师向陈思宇发出了一个邀请，参加学院即将举办的国际研讨会。“不需要你在这次会议上学到多少东西，就是感受一下。”
几个月后，陈思宇作为会议志愿者参加了这场短短几天的研讨会，也体会到黄老师的用意。会议上讨论的内容很深奥，事实上，她能听懂的并不多，但她却深深被那种氛围所感染，甚至感到惊讶——一群热爱大气科学的人凑到一起，彷佛不知疲倦，滔滔不绝，眉飞色舞，在会场的各个角落热烈地讨论科学问题。
陈思宇注意到，有一个年轻的妈妈，坐在会场外面的小角落里做准备，可能马上要去做学术报告了。她的孩子还很小，但没有哭闹，只是在妈妈身边爬来爬去，当专注于工作的母亲发现孩子爬远了，就把他拎回来放在沙发上，然后又低头继续准备她的工作。
喜欢参加讲座的物理老师、放弃高薪归国的黄老师、研讨会上那些忘我讨论的科学家，以及那位带着孩子的年轻母亲，陈思宇从这些人身上看到了一种鲜明、热烈的东西，那就是对科学的着迷。这时候，一个坚定的念头在她的脑海中涌现：我也要搞科研，我要去看看，他们究竟在追寻什么？
和沙尘打交道的日子也开始了。黄老师团队有数十年的沙尘观测经验，新疆的塔克拉玛干沙漠、中国和蒙古之间的戈壁沙漠，这些沙尘源头之地，环境条件极其恶劣，但对他们而言却如同家常一般。
2019年7月陈思宇与团队参加青藏高原第二次科考，前往塔克拉玛干腹地进行野外观测。
研究到深处，观测者也往往会思考一个问题——大气科学领域无法做真实的实验。他们研究的对象是沙，让沙飞起来的是大气环流的运动，尺度太大了，人工很难搭建模拟这么大尺度的实验室。
真实世界不可以，但在计算机中可以，陈思宇的研究任务，就是利用团队多年的观测数据，以及对沙尘运动物理机制的理解，在电脑中建立一个沙尘世界的模型。
很快，科研的挑战和乐趣也随之而来。“刚开始做模拟，确实会碰到很多困难。在碰到瓶颈时会沮丧、抓狂，觉得完全没有头绪。但是当经过长时间的摸索，终于解开一个小问题时，那种兴奋感，那种喜悦，真的是其他事情无法替代的。”
在这种快乐的推动下，陈思宇开始像那些沉迷于科研的前辈们一样，将自己大部分时间都投入进来，而且，这种投入几乎是下意识的。她告诉我们，她的工作时间跟其他老师差不多，没有准确的上下班概念。乍一听很正常，实际上这意味着——只要有时间，就都会花在科研上。
她的模型建好了，在这个自己一手打造的世界里，她构建了研究沙尘旅行的核心技术，能更清晰捕捉到沙尘的源地、沙尘旅行的路径以及它们最终降落的地点，解释我国沙尘事件的主要来源。
随着研究的推进，她们团队发现，气象卫星和观测站的数据越来越多地指向一个问题：沙尘的起源，不仅局限于撒哈拉、塔克拉玛干等沙漠和戈壁地区。城市的沙尘聚集，不一定是从远处的沙漠输送来的，也有可能是——人为活动。道路扬尘、耕地种田、城市施工等也都会引起沙尘的释放。
以前人为沙尘的研究主要集中在小尺度上，考虑来自特定的农田、牧场、城市交通等人为活动引起的沙尘释放。然而，由于气候变化、土地类型、土壤质地、城市活动和耕作方式等自然和人为因素的综合影响，难以在区域或全球数值模型中量化人为沙尘的释放、传输、沉降及其环境和气候效应，严重制约当前全球沙尘循环模型的认知。2016年，黄老师找到陈思宇，希望她可以考虑开展人为沙尘的数值模拟研究。
那时，在自然沙尘的数值模拟方向，陈思宇已经摸索了8年，积累了不少的经验。继续沿着这个方向努力，取得成果应该更顺利，但拓展新的方向意味着又要从零开始，充满了许多不确定性。要不要冒险呢？
“当时我们进行了大量调研，从卫星遥感和地面观测的角度去看，随着城市化进程的推进，我们发现人为沙尘在城市地区的贡献真的不容忽视，尤其是PM2.5，对人类健康的影响很大。”她想，这件事还是很值得去做的。接下去她用几个月的时间翻阅了所有的文献，发现国际上这方面的研究非常非常的少，在70年代左右有几位科学家对人为沙尘进行了大尺度上的数值模拟，此后基本上没有太多的研究探讨这个问题。
真正上手研究以后，困难就变得具体了。与自然沙尘相比，人为沙尘的来源更为复杂，下垫面类型更加多样，并且不同类型的人类活动方式如耕作、放牧、施工和交通等，都会导致临界摩擦速度、粒径分布等影响人为沙尘释放的关键参数存在较大的不确定性。此外，人为沙尘释放缺乏完整的高精度观测结果，这就意味着缺乏真实世界的数据，来和模型相互印证。在全球范围内识别、区分并量化人为沙尘依旧充满挑战。
经过两年多的努力，取得了一定的研究进展，但依然有很多棘手的问题没有解决。陈思宇开始感到迷茫了，未来何去何从？
就在这时，一个小插曲让她豁然开朗。在一次学术研讨会上，一位学界赫赫有名的教授在会议间隙找到了陈思宇。这位教授是她的学术偶像之一，但一直无缘认识。他告诉陈思宇，自己注意到了她刚发表的关于人为沙尘的研究成果，这真的让她大喜过望。“当时我在这个方向才发表了一两篇文章，方法还比较初步。”
教授肯定了陈思宇这项工作的价值，并提供了很多非常好的建议。他认为，人为沙尘在过去的模型中被严重低估，甚至被忽略了，导致目前对发展中国家人口密集区PM2.5和PM10的模拟存在很大的不确定性，而陈思宇的工作填补了这一块空白。“后来，每次他看到我总会鼓励我，人为沙尘这件事情，一定要坚持做下去。”
陈思宇非常感激那次相遇——在探索科学的迷雾中，每个人都可能会有彷徨的时刻，那句鼓励显得弥足珍贵。自己认为有价值的事得到了崇敬的前辈的认可。这次谈话也使她不再动摇，“当你发现，这个问题非常重要，必须要解决时，会觉得有一种使命感，并为之坚持。”这应该就是她所认识的那些科研人员为何如此沉迷于其中的原因吧，而今，她也是这些人中的一员。
2021年跨年夜，陈思宇和同学们在上机实习课后的合影留念。
做研究的人，时常会有这样一种感觉：在人类探索知识边界的原野上，周围是黑暗的。但陈思宇看到了一个个在旷野中点亮黑暗的人。她朝着光亮走去，向他们借来了火种，然后，照亮一片属于自己的旷野。
经过接下来几年的努力，她根据沙尘源区和起沙机制的差异，在数值模式中明确了人为沙尘的计算概念，首次提出了将人为起沙过程划分为“直接”和“间接”两部分，将其分别在数值模式中，构建了参数化方案的新思路。她带领团队基于植被类型、地表裸露度、地形起伏特征等因素，构建并优化了一套全球近20年动态沙源数据集，有效弥补目前模式在捕捉沙源动态变化方面的不足；进一步考虑了人为活动、城市扬尘源、植被覆盖等一系列人为和自然因素，以卫星反演结果作为观测约束，构建了全球城市直接人为沙尘PM2.5高分辨率排放清单，有效提高了我国和印度等地人口密集区PM2.5模拟精度。
基于改进以后的数值模式，她系统揭示了沙尘气溶胶与天气气候复杂反馈机制，厘清了不同尺度天气—气候系统交互作用对沙尘远距离输送的影响机理；揭示了自然源和人为源沙尘对多尺度天气—气候系统的反馈机制以及在东亚气候系统多圈层耦合中的关联作用。
目前，她还带领团队充分发挥学科交叉优势，利用机器学习和数值模式技术通过多视角融合建模，与地面观测和卫星遥感相融合开展精细化预报，提高了蒙古跨境沙尘灾害天气的预报精度。该项研究的实施增强了沙尘天气的早期识别能力，完善了精细化沙尘灾害预警预报体系，提高了应对沙尘天气灾害及其次生灾害的能力，最大限度减轻或者避免人员伤亡和财产损失。
近20年的研究生涯中，陈思宇获得了教育部“青年长江学者”，取得的研究成果在大气污染治理、数值天气预报以及全球气候变化等方面具有重要意义，服务于国家重大工程、国防项目和地方生态环境恢复。
陈思宇觉得自己是非常幸运的。她身处一个纯粹而热烈的科学殿堂。这里有忘我的同行，有无私帮助她的前辈，有她敬仰的学术偶像，他们感染着她，引领着她，一起向前走。
而在另一面，她身上所具有的观察力和感受力，也使她能从这个环境中，汲取到足够的养分，快速地成长起来。
她不仅观察沙尘的旅行，也在时刻观察身边的世界。听她聊天，会惊叹于那些细致入微的捕捉。她会注意到，日光灯光变紫的细节；她能描述初见导师时，他因担心迟到而急促的脚步；学术会议上，她能看到讨论者闪闪发光的眼睛。
很多时候，掌控故事走向的，并非完全是故事中的人，而是看到故事的那双眼睛。陈思宇眼中看到的，总是他人的着迷、专注，是巨大的热情，是善意和无私。这何尝不是她内心的一种投射？
在采访中，我们还谈及了她想对所有女孩说的话，“我记得还在读研究生时，黄老师在一次组会后对我说，思宇你做得很棒，继续努力吧，你要相信自己，你也可以站在舞台的中央。这句话给当时胆小怯懦的我带来了非常大的力量，并且一直激励着我前行。我非常希望能和所有女孩子分享这句话，希望你们热爱你所热爱的，坚持你所坚持的，无论舞台大小，都要勇敢地站在属于自己的舞台中央。”
这个呐喊适合送给每个人——如果你有热爱的东西，一定要，抓住它。
