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创新风采录
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石耀霖:本能驱动与历史激励

    在科学旅途中,能有新发现或新发明被认可,是所有科学家最大的理想和最崇高的追求,也是他们最感自豪、最感幸福的事情。可以说,中科院院士石耀霖已经做到了这一点。他关于地球动力学的研究,被专业人士称为“P-T-t轨迹的二维热模拟”理论,动摇了法国科学家Le Fort一度十分流行的关于喜马拉雅反转变质形成的“热熨斗”模型,证明地球岩石在热演化过程中,断层错动的有限速度和横向热传递的作用不应忽略。他的这一观点和推论,作为地球动力学新的基本理论收入了有关教科书。
    记者向石耀霖提出采访要求,很快就得到了他的答复。于是,我们有了以下对话。
    记者:您从事地球研究获得了很好的成果,并当选为院士,您在研究上体会最深刻的是什么?
    石耀霖:在地球科学研究中,经常要用到数学模型进行计算。地球太复杂了,研究地球必须用模型简化模拟,才能推断、了解地球内部可能发生的情况。因此,模型格外重要。可如果在模型设计中只片面注意某一方面情况,过分简化就会失去模拟价值,不能解释地球变化的真正状况,反而损害了模型的意义和价值。一个好的模型要抽象出最本质的东西,不仅是解释一些现象,而且对下一步研究要有指导作用。我的体会是模拟最忌讳单打一,绝对不能凑结论。比如,我的“P-T-t轨迹的二维热模拟”主要考虑了以往他人没有考虑的因素。这之前研究P-T-t轨迹,大家采用的是一维模型,我建立了二维构造热演化模型。地球发生形变,有时是迅速的,有时是缓慢的;有岩石骨架的作用,还有孔隙中流体的作用;存在构造变形和热作用的相互耦合作用。我在俯冲带研究中考虑了这些多方面的因素,建立的模型不仅很好地解释了地质俯冲带观测到的一些力学现象,还解释了氯离子含量低、甲烷含量高等地球化学观测资料。模型得到了普遍赞同,就是这个原因。
    记者:具体来说,您的研究成果创造的价值究竟有哪些?
    石耀林:1982年,我用有限元方法研究分析青藏高原热演化中长期变形粘性流动,与合作者一起撰写了“Dynamic uplift of the Himalaya”,在Nature刊登。同行们认为它是国际上最早对陆陆碰撞非弹性力学分析的论文之一。此外,我对意大利特瑞利安盆地单剪模型的热演化、定量计算,也比较成功地解释了地震、钻探、地热多种观测资料。尤其对大别-苏鲁古老超高压变质带和新西兰现今陆壳俯冲带进行的对比研究,采用了三维力学模型,在国际会议上宣讲后,获得了好评。这些研究内容所发表的论文被SCI期刊引用了150次,其中有一篇代表性论文被SCI期刊引用了65次。在我之前似乎还没有人用我这样的方法研究地壳的运动。
    关于地震活动性和地震预报的研究,我在统计地震学、大陆地震的非线性地球动力学模型中,考虑了扩容和孔隙水流动的地震前兆物理机制模拟等,建立了一些理论,所以在国际重要学术会议如“APEC国家地震模拟科学讨论会”上,他们要求我做特邀报告。这样就表明中国与世界在地震预报领域有了更多的对话与交流。
    记者:数学模型可用于解释自然现象,是否也可用于解释社会现象呢?
    石耀霖:数学模型也是可以解释社会现象的。还记得2003年的SARS吗?我们建立了一个预测SARS传播速率的模型,提供给SARS防控指挥部。从我们的模型上可清楚地预测,政府在疫病发展不同阶段采取防控措施和不采取措施的情形,其特点为一种非线性关系。如果政府再晚一周采取严格的防控措施,你可以看到后果会加倍严重。
    我们预测SARS流行所建立的模型与国内外相关研究有很大不同。国际上对疫情发展的研究工作,多数采用常微分方程方法进行分析,对SARS传播以研究个体相互作用的情况来推测,其计算结果的准确性、可靠性受到一些限制。我们把流体力学中宏观偏微分方程和微观分子动力学方法相结合,首次成功建立了SARS传播概率模型,尽管计算量大幅度增加,但提高了计算结果的准确性和可靠性。这项工作对SARS不同时段进行疫情控制和不同力度控制的疫情发展后果进行了具体计算,计算结果与实际情况很接近。
    我们的模型还可以预测谣言的传播速度,但我们没有进行更深入的研究。目前,我们主要把模型用于地学研究。
    记者:您这些年做研究工作,从未感觉乏味吗?您做研究最原始的冲动来自何方?
    石耀霖:之所以做研究,首先自然是因为有兴趣。有兴趣就不会乏味。另一个最重要的因素可能是民族责任感吧。我们这代人非常痛恨日本鬼子。我出生于广西,母亲刚生下我4个月,日本人为打通到广西的交通线而发动进攻。为了躲避日本人,我母亲抱着我坐在火车厢顶上、姐姐撑着伞遮挡机车烟筒落下的热煤灰,因为人太多进不了车厢,姐姐差点失散了。中国近代历史充满了屈辱和血泪,我深切感受到国破则家亡,家亡则学废,个人的命运及自我价值的实现与国家命运紧密相连。无论在哪里,无论做什么,我不会忘记自己是中国人。没有祖国就没有个人的一切,这不是空洞的口号。所以上世纪80年代去美国留学后,我没有丝毫犹豫就回国了,只想给中国人争口气,找回民族自尊心。

?(本栏目与科学时报社合办)
(科学时报记者 王静)

 
 
 
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