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人才培养

2020年10月16日
【中国青年科技奖系列报道】姚华建:“绘出”地球内部新世界

10月18日上午,姚华建在中国青年科技奖颁奖仪式现场。

10月18日,第十六届中国青年科技奖获奖名单公布,中国科学技术大学地球和空间科学学院教授姚华建榜上有名。作为一名固体地球物理领域的青年科学家,姚华建一直有一个梦,那就是揭开地球内部的神秘面纱。“上天容易入地难,我们要利用最先进的地球物理学成像技术,‘绘出’地球内部新世界,让人类更好地了解、守护、利用地球。”姚华建说。

“走出去”看看大千世界

在姚华建看来,做固体地球物理研究的人,不能老呆在实验室里,一定要“走出去”看看外面的大千世界。在外面考察学习或出去开会的闲暇时间,姚华建总喜欢“给自己放个假”,到处走一走、看一看。如果时间允许,他还会选择去野外考察,实地了解当地的地形地貌以及区域构造演化特征。

姚华建在野外考察。(资料图片)

著名教授刘文典在西南联大任教期间,曾在校园的月光下讲解《月赋》,让听者沉醉其中,不知往返。在教学中,姚华建也倡导将三寸讲台搬到野外。在他所授的本科生课中,他最喜欢的就是地球科学概论野外实习课和赵九章科技英才班的野外实践课。“与大自然亲密接触,可以更好地了解其神奇的演化过程。”无论是学校附近的大蜀山、紫蓬山,还是省内的铜陵、池州等地,都留下了他带领学生野外考察和实习的身影。

姚华建带领学生野外实习。(资料图片)

“做地球科学研究,不能光看书,还要用脚步丈量大地,做一个旅行者,做到知行合一。走出去看看宏观世界,也能提升自己对宏观地球现象的认识。”姚华建坦言,除了科研之外,他最喜欢的就是旅行。旅行的时候,除了了解与地球相关自然现象,他还特别喜欢看古建筑等历史文化景观。“走多了、看多了,眼光和境界都不一样,做研究就会有更大的视野。”

在科学研究中,学科交叉往往可以碰撞出更多“火花”。姚华建介绍,固体地球物理学时常跟地质、信息、化学、计算机、人工智能、应用数学等学科碰撞,已催生了一系列重要创新成果。在实践中,姚华建也经常鼓励学生走出自己所在的小组,到其他小组或学科领域去看一看、听一听,请教学习相关领域知识,取长补短,交叉融合创新。“每一门学科都有自己的特色和优势,只有了解了,其他学科的新技术才能为我所用。”姚华建认为,“走出去”可以推进固体地球物理学研究更好更快地发展。

神奇的“背景噪声成像”

无论是大自然的惊涛骇浪,还是城市里的车水马龙,都会发出各种各样的振动和声音。“通过背景噪声成像技术,这些自然界的振动和人类活动的噪声,都可以转换为信号。借助这些信号,可以‘绘出’地球内部的三维结构,从而揭开地球内部的神秘面纱,为人类了解地球内部结构和利用地下资源宝藏提供基础数据。”姚华建表示。

姚华建是国际知名的背景噪声成像专家。2004年,早在美国麻省理工学院读博士期间,他就开始关注背景噪声成像这一学术前沿,并很快跳出固有的窠臼,在国际上率先提出背景噪声相速度成像方法以及背景噪声与地震面波联合成像方法等一系列新方法。

2012年回国后,姚华建基于前期的积累,在背景噪声成像领域持续“发力”,提出基于面波走时和波形数据的直接成像方法以及多种地震波数据联合成像的方法,大大提升了区域结构成像的精度和可靠性,方法被国内外同行广泛使用。“相对传统成像方法,新方法计算成本低、效率高、误差小、算法稳定、实用性好,目前已经在10多个国家和地区的多所大学和研究机构应用。”姚华建介绍。

姚华建在中国地震局地球物理研究所做学术报告。(资料图片)

城市地下空间勘查,是城市地下空间利用的首要条件。为服务现代城市发展,姚华建在国内率先开展了基于背景噪声成像方法的城市三维浅层结构成像研究,高效、低成本地获得城市地下浅层精细三维速度模型。目前,该方法已经被推广到了合肥、洛阳、济南、雄安等国内多个城市和盆地区域,为城市规划及地震灾害评估提供了重要途径。他所发展起来的相关技术,还为我国活动断层探测、页岩气开发、干热岩开发和部分区域地质找矿等提供了方法支撑。

被誉为“世界屋脊”的青藏高原,是世界海拔最高的高原。为探寻“世界屋脊”的秘密,姚华建在其东南部开展了一系列地壳和岩石圈三维精细速度结构成像的研究,建立了高分辨率岩石圈结构图像,获得了对青藏高原物质运移及壳幔变形模式的新认识。在地震破裂机制研究方面,他提出新的大地震破裂过程成像方法,发现大洋和大陆俯冲带逆冲大地震不同频率能量辐射的特征及其物理机制。他所构建的川滇地区地壳三维速度模型,是中国地震科学实验场首个公开发布的川滇地区公共速度模型,目前已被应用于区域震源和结构研究中。

写好合作分享“大文章”

在学生眼里,姚华建没有一点架子,相当具有亲和力。在他的办公室里,常有来串门聊天的学生。“学业、生活上遇到了困难,他们总喜欢来找我聊聊,很多不是我带的学生也来找我。”姚华建笑言,他一般会给学生较大的空间,引导他们做自己感兴趣的研究。在他看来,只有感兴趣才会愿意花时间和精力去做,才能做出更好的成果。

创新是引领发展的第一动力,一个国家必须有压箱底的技术。“科学研究最根本的就是要创新,做引领性的研究,不炒冷饭、甘坐冷板凳,努力实现更多的突破。”姚华建认为,科技工作者一定要做创新的科研,并且要做一个好的合作者和分享者。

姚华建给学生讲授我国断层分布与地震活动性。(资料图片)

作为一名科学家,强调创新不难理解。在学生培养中,姚华建特别注重因材施教,培养学生的创新意识,鼓励他们紧盯世界前沿、在一个方向持续钻研。“每一位学生都有自己的特点,要结合他们的特长进行系统训练,让他们自觉地抛弃急功近利的想法,真正沉下心来做一些别人没做过的研究。”姚华建坦言,只要有想法、有毅力、肯钻研、敢尝试,即使失败了也只是暂时的,他们最终会收获果实。

在采访中,姚华建多次表示:要想在科研中有更大的建树,一定要写好合作分享“大文章”,努力做一个好的合作者和分享者。当前,学科交叉是科学研究的一个显著优势,很多领域单打独斗很难实现大突破,科学家之间相互合作、协同创新,往往会催生意想不到的原创性成果。

“每个科学家和团队都不是万能的,只有加强合作、优势互补,才可能激发更多的灵感,推动更多‘卡脖子’问题的解决。”姚华建坦言,不要做“孤单”的科技工作者,要善于合作和交流;科学研究不是说都要从零起步,而要站在前人和今人的肩膀上;好的东西不能藏着掖着,学会分享才能吸引更多的关注、得到更多的认同。

第五届“地震学算法与程序培训班”。(资料图片)

姚华建不仅这么说,更是这么做。比如,他首次系统地揭示了随深度变化的地震破裂能量释放与断层移动量及早期余震空间分布的关系,就是与美国加州大学圣地亚哥分校科研人员合作完成。他连续6年在国内组织开展“地震学算法与程序培训班”,倡导地震学程序和算法的共享,超过2000人现场或通过网络视频参加培训,目前已成为促进我国地震学发展的重要平台之一。

“无论做什么事情,我们都要有正确的价值观和积极向上的心态,并努力通过自己的实际行动来影响身边的人和事。”姚华建表示。

(新闻中心)

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