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面向国家战略需求潜心高原冻土研究——冻土学家程国栋院士

2014-10-24

程国栋院士是我国著名的冻土学家,四十余年来,他扎根西北,始终奋战在冻土研究的第一线,针对西部地区生态环境建设面临的重大科学问题进行了卓有成效的研究,为西部的生态环境保护、经济建设、社会发展以及西部大开发中重大工程建设作出了突出的贡献。1993年当选中国科学院院士,2009年当选俄罗斯工程科学院外籍院士。2012年被授予2011年度甘肃省科技功臣奖,2014又荣获国际冻土协会终身成就奖。

程国栋院士从事青藏高原冻土研究四十年,系统地解决了地下冰的成因、分布、制图和在其上进行工程建筑的原则和方法问题。提出了青藏线高含冰量冻土的分布规律和地表识别标志,为青藏高原上几项国家重大工程建设项目(青藏公路、格拉输油管、热水煤矿等)提供了重要的工程地质评价,推动了我国冻土学的发展。其中,“青藏铁路冻土研究”获1978年全国科学大会科技成果奖,“青海热水煤矿路堤试验”获1978年中国科学院重大科技成果奖。

他提出了近地面厚层地下冰形成的重复分凝机制,解决了冻土学中一个长期悬而未决的重大理论问题,国际上称之为“程氏假说”。为验证这一假说,加拿大学者在专门场地上进行了三年的观测试验,结论是:“野外剖面与程氏假说相符”,“观测剖面支持程氏关于多年冻土区重要的近地西地下冰的形成机制”。这一假说也为以后几个国家的室内试验和野外资料所证实。该成果1993年获中国科学院自然科学奖一等奖。

程国栋院士首次系统地评估了“气候变化对中国积雪、冰川和冻土的影响”。部分成果被中国向IPCC提交的国家报告《气候变化对中国的影响评估和对策》所采用。这一工作对中国气候变化与冰冻圈的研究起到了重要的推动作用。

程国栋院士根据自然界冻土分布规律提供的启示,扬弃了依靠增加热阻保护冻土的传统观念,创造性地提出了冷却路基的新思路,并设计了通过调控辐射、调控对流和调控传导实现冷却路基的一整套技术措施。通过实体工程试验、室内模拟试验和数值模拟,证明了这些措施的有效性,并作出了理论解释,这一思路和措施已在青藏铁路上全面应用,开创了世界冻土区筑路史上的先河,为建成“世界一流的高原铁路”提供了保证。以程国栋为主管的青藏铁路北麓河试验工程冻土路基稳定性研究组获20012002年度中科院重大创新贡献奖,阶段成果被列为中科院2003年知识创新工程六大重大进展之一。

作为首席科学家,程国栋院士提出并实施了以流域为单元、以水为主线的水生态经济复合系统的交叉集成研究框架,提出并推动了3MMonitoringModeling Manipulating)平台的建设;初步建成了“数字黑河”,为不同学科的综合集成研究提供了平台。

程国栋院士在国内较早关注并部署开展了干旱区生态水文学的研究,极大地推动了我国干旱区生态水文学的发展。他还大力提倡我国生态经济学的研究由以社会科学研究为主,向自然科学与社会科学交叉的研究转型,并取得了很大的成功。他首次在国内介绍了“虚拟水”概念,并组织了这方面的研究,为解决干旱区水资源问题提供了新的思路。