追光：循着科研的方向|记我院罗明教授课题组联合多家单位在Science Advances发表极端高温热浪研究的最新成果

引言

        2024年3月29日，中山大学地理科学与规划学院罗明教授和他指导的博士研究生吴思佳同学，联合中国科学院地理科学与资源研究所裴韬研究员、犹他州立大学张伟教授等团队，在Science Advances发表了题为“Anthropogenic forcing has increased the risk of longer-traveling and slower-moving large contiguous heatwaves” （人为强迫导致热浪移动距离变长、速度减慢风险增加）的研究论文长文（https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl1598）。成果发表之后，引起了国际学术界的关注和影响，截止目前论文全文已被下载超过一万次，并被中国科学报、新浪科技、搜狐、美联社、纽约时报、华盛顿邮报、美国国家气象频道等数十个国家的近百家媒体转载或报道。为什么他们会选择极端高温热浪这一问题进行研究，这样一篇研究论文，从研究选题到论文发表有两年多的时间，在这期间他们经历了些什么，又克服了怎样的困难？为此，我们采访了罗明老师和吴思佳同学。

       罗明，教授，博士生导师，中山大学逸仙学者优秀学者，国家级青年人才。2003~2007在武汉大学遥感信息工程学院攻读本科，2007~2010在中国科学院研究生院地理科学与资源研究所攻读硕士，2010~2014在香港中文大学地理与资源管理学系攻读博士。2016年8月入职中山大学地理科学与规划学院，2023年6月晋升为教授。研究方向包括全球气候变化机制、过程和影响，城市气候变化和对人类社会的影响等。以第一或通信作者在Science Advances、The Innovation、GRL、ESSD等中科院一区期刊上发表论文30余篇；论文总被引3600余次，H指数35（Google Scholar）。目前讲授的本科生课程有专业英语、数量地理学等；研究生课程有高级计量地理、地理研究方法、学术规范与论文写作等。

       吴思佳，中山大学地理科学与规划学院2020级地图学与地理信息系统专业博士生（预计2024年6月毕业），导师为罗明教授，研究方向为全球变化与极端天气气候。目前，已发表论文20篇，其中以第一作者（或导师一作、本人二作）在Science Advances、GRL等期刊发表SCI论文7篇（其中中科院一区论文6篇），获软件著作权4项。曾获国家奖学金（2021年）、地理学与可持续发展国际学术会议（GeoSus2023）最佳报告奖、“首届水文过程变化与调控论坛”优秀青年学者报告奖等。

一、十年磨一剑：围绕极端天气气候的探索

       极端天气气候是指罕见的且对人类社会和生态系统产生破坏的天气或气候现象的统称，其中包括极端高温、极端低温、极端降水、干旱等。当今全球气候变化已成为最为紧迫的问题和挑战之一。全球范围内，很多打破纪录的极端天气开始涌现，如热浪、暴雨、干旱和风暴潮等，这些事件给人们的生活、经济和生态系统带来了严重的影响，甚至造成了生命和财产的损失。例如，2003年欧洲夏季高温热浪事件造成了巨大的社会经济损失和70,000多人死亡。各国政府已认识到气候变化的严重性，签署了《巴黎协定》等国际公约，并制定了减排目标和政策措施。然而，全球减排行动仍面临巨大挑战，一些国家的减排承诺缺乏具体措施，执行力度不足，而发展中国家面临着平衡经济发展和减排压力的难题。随着城市化进程的加快，城市气候环境问题日益突出。城市热岛效应导致城市内部温度升高，加剧了城市热浪的频发，给城市居民的健康和生活带来了巨大威胁，极端天气气候已成为当今国际社会、各国政府和科学界的关注热点和研究前沿。

       早在2010年，罗明老师就开始关注“极端天气气候”这一课题。随着对这一课题研究的不断深入，他发现过去的研究往往局限于探究极端事件在固定地域内的强度、频次等时间变化规律，而缺少对此类事件同时在时间和空间上的动态移动过程的研究，无法预测极端事件的发展路径和方向，不知道此类事件究竟从哪儿来、到哪儿去，从而一定程度上制约了极端事件的精细预估和有效应对。于是从2021年底开始，罗明老师便带领自己的课题组，联合中国科学院地理科学与资源研究所裴韬研究员、犹他州立大学张伟教授、普林斯顿大学/香港中文大学刘雅章教授、香港科技大学（广州）刘振教授团队等多家单位，启动相关的研究。于2022前后在Geophysical Research Letters、 npj Climate and Atmospheric Science等中科院一区期刊上发表了3篇中国区域极端高温事件和极端降水事件跨区移动特征的研究论文，申请软件著作权2项。这些成果受到业内同行的关注和认可，也为后续开展全球范围内时空连续极端事件的形态结构和动态演变机制的研究打下了坚实基础。在上述工作的基础上，吴思佳同学近期还以第一作者身份在Geophysical Research Letters上发表了一篇论文，分析了自然变率（厄尔尼诺-南方涛动，简称ENSO）对热浪移动特征年际变化的影响和作用过程。

二、成如容易却艰辛：品味科研攻关的苦与乐

       “研究从一开始就遇到了很多困难”，最早的一个困难是处理庞大的数据所带来的存储和计算能力不够的问题。回忆起课题组处理数据的过程，罗明老师提到：“处理数据是一个庞大的工程，2021年底我们便开始着手处理多套观测或再分析资料，以及十多个气候模式不同情景下的模拟数据。由于原始数据和过程数据约有几十个TB之多，当时课题组已有的计算设备资源并不能完全满足研究的运算需求的，后来全组7位学生人手一台电脑，更有部分学生操作两台或者三台电脑，十几台电脑几乎每天运作进行计算处理都非常费力。我们还购买了一台计算服务器来处理海量计算，但效果仍不够理想。不过在大家的不懈努力和学院的支持下，功夫不负有心人，我们最终顺利解决了这个难题。当实验结果运行完成的那一刻，我们有一种“如释重负”的感觉，但也就是那一瞬间的事，因为如何将这些结果及背后的物理机制解释清楚，并用文字和图表直观精美地展示出来，是我们要面临的另一个更大的挑战。

       这个更大的挑战是，在研究过程中涉及到很多机理方面的物理解释和分析，有些内容他们此前也并不熟悉。比如，在研究中发现全球极端高温事件主要从西向东移动，但这种移动模式的背后原因是什么？为什么不同大洲的极端高温事件的移动特征不同，是受到了什么影响？为什么极端高温事件的移动距离增加但移动速度减慢，它的主导因素又是什么？这些问题如同一个个拦路虎，一直阻挡在研究团队面前，也悬在他们心里。如果解释不了这些问题，这个研究就是不完整的、缺乏科学性的。为了解决这些问题，罗明老师带着学生一边查阅资料快速学习，一边还要收集新的数据进行补充分析，罗明老师课题组每次的组会都要安排最新学术论文学习分享这一环节。这是一个漫长而又磨炼人心态的阶段，贯穿了这篇论文从实验之初到被接收的整个过程。好在他们最后冲破了重重困难，解决了导致极端高温的移动模式发生改变的原因。

       不过与克服一个个研究过程中的困难相比，投稿过程则让他们倍感煎熬，从“投稿—被拒—投稿—被拒—投稿—返修—被拒—投稿—被拒—投稿—返修—接收”，研究团队成员们的情绪和心理因此也经受了一次又一次打击和考验。论文初稿完成之后，先后投稿The Innovation、Nature Climate Change、Nature Communication、Science Advances等多个期刊，论文前前后后经历了七轮的审稿和修改，总共收集到8个审稿专家的提出的近一百条的问题和意见，涉及到方法、数据、结果讨论、图表展示等各方面。每一轮都根据审稿专家的意见对文章进行仔细修改和优化。从第一次投稿到最后论文接收发表，时间跨度超过了两年，过程比较曲折。罗明老师回忆道：“在研究课题的设立之初，虽然我们突破了传统研究经常将研究区域或时段固定的思维‘定式’，基于时空联动的视角去研究极端天气事件的演变规律，但我们最初在对研究结果的分析和呈现上相对单一。在经过多轮审稿专家意见和回复、对该课题的不断地深化以及我们不断地‘反问’自己，秉持着弄清楚每一个点，解决每一个问题的观念，我们对这篇论文的实验、行文、图表不断打磨和优化。”每一次论文修改的过程，不仅仅是向科研高地冲锋的过程，更是他们挑战自我的过程，对于这一点，吴思佳同学有着深刻的体会，“那是在Nature Communication期刊投稿过程中，这个过程大概持续了一年多的时间，我当时一度以为可以接收，当时其中一个审稿人对我们的修改非常满意，也给出了Accept（接收发表）的建议；但在2022年12月我们还是得到了最终被拒的消息。刚得知这个消息的时候，那一瞬间我大脑完全空白。罗老师担心我接受不了这个结果，很快给我打来电话，和我分析了审稿人拒稿的原因以及我们该如何去修改等等，让我不要灰心，继续迎难而上。后面就到了2023年8月，我已经记不得是论文的第几次修改了，那段时间我甚至对论文产生了抵触心理，不想修改，不想触碰。这个灰心丧气的颓废阶段大概持续了有一个月之久。罗老师在感受到我的这种心理之后，也立刻找我讨论，给予了我极大的支持和鼓励”。“琢之磨之，玉汝于成”。他们与研究团队的其他老师和同学们一起，根据一个又一个审稿专家的评审意见，对论文内容进行着一遍又一遍的修改和完善，最终论文被Science Advances期刊接收发表。

       科研之路并非一帆风顺，其中充满了挑战和失败。论文发表那一瞬间的快乐和激动的背后是无数个日日夜夜的不顺和苦恼。吴思佳同学认为，在面对困难和挫折时，保持坚定的心态至关重要。给自己积极的鼓励和正能量，是持续前行的动力。只有保持良好的心态，才能克服困难，保持清晰的思考能力，避免情绪对科研工作的干扰。

三、直挂云帆济沧海：在科研道路上不懈求索

       这篇论文采用三套不同的再分析数据集识别全球范围内大型时空连续极端高温事件，并探究这些事件的形态结构和动态演变特征，率先发现了极端高温事件的移动距离显著增加、但是移动速度则显著降低的现象；其次，利用多个气候模式的模拟结果，分析不同强迫因子（如人为温室气体排放、自然强迫等）情景下的极端事件移动特征，发现了人为温室气体排放强迫结果与观测结果最为接近，并推导出人为温室气体排放导致的气候变化是极端高温事件的移动距离增加、速度减慢的主导因子；再者，进一步通过分析人为气候变化下纬向风速、涡旋动能等关键过程的变化，揭示了人为气候变化导致高温事件速度减慢的物理机制；最后，论文也讨论了高温事件移动速度减慢对生态系统总初级生产力（GPP）降低和能源消耗增加等的可能影响。

       成果发表之后，引起了国际学术界的关注和影响，截止目前论文全文已被下载超过一万次，并被中国科学报、新浪科技、搜狐、美联社、纽约时报、华盛顿邮报、美国国家气象频道等数十个国家的近百家媒体转载或报道。美国佛罗里达大学David Keelling教授说“这些令人难以置信的极端事件将可能在任何一个地方持续更长时间”，暴露在高温热浪下的时间越长，住院率和死亡率可能就越高。

       科研无止境，面对未来的探索之路，罗明老师有着更为深远的思考。“目前这篇论文主要聚焦于历史时期的极端高温动态演变，未来我们将探究极端高温以及其他极端事件（如极端降雨、干旱等）在未来不同碳排放和社会经济共享路径情景下的移动特征变化预估；我们也将关注这些极端事件在时空移动过程中对跨区域的经济、居民健康、能耗、植被等方面的影响；同时，还将考虑下垫面如城市地表、土壤湿度变化等因素对极端事件时空移动的影响”。

四、寄语地院莘莘学子：找到感兴趣的方向，砥砺前行不负韶华

       回顾自己从求学到工作的20多年历程，罗明老师谈到：“选择自己感兴趣的方向，不断探索下去”，这是他想要对学生们想说的第一句话。“科研工作是一个不断深究、探索未知的过程，选择自己感兴趣的方向，并像新生宝宝一样对这个世界够保持极高的好奇心，从而拥有不断学习新知识和探索真理的动力。对于刚进入大学的同学，更要好好把握大学时光，找到自己的兴趣点，为之努力。学院专业建设有很悠久的历史，学校有很多课程和知识值得我们去挖掘和学习，我们要广泛地向海绵吸水一样去学习，就像一个孩子对未知的世界不断去认识、去探索。我相信，一定能够让同学们在未来的科研道路和其他方向上有所耕耘，有所收获。第二句话是我一位师长经常跟我们说的‘慢事急行，急事慢行’，我们要静得下心、沉得住气，把握并找到自己的节奏”。

       作为科研道路上的新人，吴思佳同学认为，科研之路并非一帆风顺，其中充满了挑战和失败。“除了坚定信念外，身体力行的努力是科研的必要条件。除了极少数的天才以外，大部分普通人都需要通过不懈的努力来取得成功。多一份努力就多一份成功的可能性。这句话看似简单，但实践下来你会发现事实如此。我感谢自己曾经的努力，但也常常反思是不是努力地更早一些，后面的路会走的更顺一点呢？但时光匆匆而过，过去无法改变，我只能让自己‘今天’和‘明天’更努力一些。学弟学妹们正值青春年华，要珍惜时间和精力，去努力，去奋斗，你们的未来不会辜负你们的付出！”

撰稿：何应赫 张恩瞳 赵义凯

排版：梁略

初审：陈依曼

审核：张春华

审核发布：岳辉