鄭曉靜:風沙環境力學的開創者!扼制我國沙漠化的科學女神!

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鄭曉靜:風沙環境力學的開創者!扼制我國沙漠化的科學女神!

對非線性圓薄板方程精確求解以及近似解析求解方法的收斂性等問題做出了具有終結性意義的工作,被錢偉長等評價為是“國內外少見的優秀工作”“已處國內外領先地位,是五十年來該課題最完備的一項研究”。

開拓了電磁固體力學研究領域,針對複雜電磁場環境下的鐵磁等功能結構材料力學行為開展了理論和計算研究。

開創了風沙環境力學,對風沙電現象開展了系統研究,成功實現了對沙丘場形成演化過程的定量模擬,“將原有的風沙物理學理論體系向更為合理和準確的方向大大推進了一步”“提升了我國風沙運動研究的國際影響力”。

就是鄭曉靜。

鄭曉靜

力學家,中國科學院院士,發展中國家科學院院士,中國科協副主席,國家自然科學基金委數理學部諮詢委員,2011年獲“全國三八紅旗手”“甘肅省傑出女性”榮譽稱號。

鄭曉靜,浙江樂清人,1958年出生於湖北武漢市,1984年碩士畢業於華中工學院(現華中科技大學)力學系,留校任教後不久,1985年她遠赴蘭州大學師從葉開沅繼續深造,此後紮根西北科研,一做就是30多年。

鄭曉靜:風沙環境力學的開創者!扼制我國沙漠化的科學女神!

1986年攝於九華山,左起:鄭曉靜,葉開沅,周又和

赴蘭州,只為實現“朦朦朧朧的心願所向”

而當初吸引她義無反顧選擇蘭州大學讀博的最直接的原因是一個科學問題的求解,那就是圓薄板大撓度問題的精確求解。

鄭曉靜:風沙環境力學的開創者!扼制我國沙漠化的科學女神!

針對航空工業減輕飛機自身重量這一關鍵和緊迫的需求,1910年馮·卡門提出圓薄板大撓度方程,以描述隨著撓度增大圓薄板中面內的應力不可忽略的情形。

當時馮·卡門方程提出後,吸引了力學家和應用數學家對其的追逐,我國著名學者錢學森、錢偉長及葉開沅等都對問題的求解做出了重要貢獻,但他們的工作主要是近似解析求解。

對馮·卡門圓板問題的完美求解的探索之路深深吸引了鄭曉靜,在問題求解過程中,她付出了超出常人的努力和艱辛,最終她不僅給出了圓薄板受中心集中力作用的大撓度問題精確解,還給出了以錢偉長先生為代表的一批學者提出的近似解法的收斂性證明,以及相關遺留問題。

1988年,鄭曉靜獲得中國科協首屆“青年科技獎”(即目前的“中國青年科技獎”)。獲獎評語中是這樣評價的“她的研究方向長期以來是非線性固體力學的重點,所得結果已處於國內外領先地位,是五十年來該課題最完備的一項研究。”

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1988年

鄭曉靜發表在《力學學報》上的馮·卡門圓板問題精確解的相關論文

好奇心驅動,不斷開拓新方向

博士畢業後,鄭曉靜放棄了去上海的工作,也放棄了回武漢的機會,應蘭州大學邀請留下任教。據她回憶,之所以答應留下,出發點很簡單,就是覺得自己是黨員,要聽從組織安排。

很快她選定了新的研究方向:電磁固體力學。在這個方向上,當時只有美國康奈爾大學的兩個美國工程院的院士團隊做了部分工作,但理論預測結果與實驗差距較大,國內尚未有人涉足,可以說這個領域的研究處於停滯階段。

通過努力,鄭曉靜與周又和在電磁固體力學領域取得了一系列實質性進展,如磁力的表徵、力-磁-電-熱多場多重非線性耦合問題建模和求解方法、以及材料本構關係等,得到學術界的認可。相關超導懸浮動力學的研究論文在IEEE Transactions on Applied Superconductivity上發表後,獲得由IEEE超導委員會授予的最佳論文獎即

The 2007 Van Duzer Priz,這是我國學者首次獲該項獎勵,也是該項獎勵首次頒發給非電工電子領域的學者。

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The 2007 Van Duzer Priz獲獎證書

成績的取得,並未能讓鄭曉靜停下不斷探索的腳步。

責任感:科研解決國家需求中的實際問題

1993年5月5日,中國新疆、甘肅、寧夏和內蒙古部分地區遭受了一場罕見黑風暴的侵襲,造成巨大的人員傷亡和財產損失,沙塵暴開始進入公眾的視野

1998年前後我國沙塵暴進入一個相對的高發期,沙漠化、沙塵暴直接危害著中國北方的經濟社會發展和人們的生命安全,作為一名學者,她深深明白到,不是隻有好奇心和解決問題後的驚喜感才能成為科學研究的動力,更重要的是解決關鍵問題的責任感。

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1993年5月5日黑風暴襲擊金昌時的情景

1997年得到國家自然科學基金委員會的“傑出青年科學基金”支持後,鄭曉靜邁出“轉折”的第一步,科研重心逐漸從電磁固體力學轉到對她而言完全陌生的風沙環境力學。

近十幾年來,鄭曉靜帶領團隊從野外測量和風洞實驗、理論建模和計算模擬等方面對風沙運動及其影響進行了微觀至宏觀的系統研究。全面揭示了沙粒帶電機理和規律及其風沙電場的方向和強度與大氣電場的顯著差異,定量預測出其對輸沙強度和電磁波衰減等的影響;提出了基於沙粒運動微觀過程分析的3個新的統計量,建立了可再現數百平方公里沙漠的形成和演化過程,並預測其發展的跨尺度理論模型,沙源的厚度、粒徑,風場風速、方向等因素對沙丘形態、移動速度的影響規律,均與野外觀察定量相符;在這一工作基礎上,對固沙工程措施,如草方格的尺寸設計,以及鋪設佈局方案進行優化,可定量預測其遏制沙漠擴展的效果。聯合甘肅省治沙研究所在民勤進行相關工程標準的制定和示範推廣,看到研究成果被國家採納並付諸實施,鄭曉靜內心倍感充實。

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經優化的塑料沙障

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民勤縣西沙窩沙障試驗示範區內栽植梭梭樹成活率達到87%

2013年,鄭曉靜在發展中國家科學院第24次院士大會上應邀做了題為“風成沙丘場演化及其擴展速度預測的跨尺度定量模擬”大會報告,引起了與會學者的濃厚興趣,發展中國家科學院總部的公共服務部在其網頁上進行了專題報道——來自中國的科學家鄭曉靜,發現了用於綠色沙丘場形成的數學模型,能給沙漠化的村莊在防護上提出更好的戰略決策……這一模型可以幫助人們以小的代價來實現這類防護。

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鄭曉靜在發展中國家科學院第24次院士大會上應邀作報告

以生為本,德育為先

從蘭州大學到西安電子科技大學,鄭曉靜始終將人才培養作為自己的最主要職責,一直潛心引導學生成長成才。她認為教育的根本目的是激發學生自我發展的潛力和動力,引導學生在實現自身全面發展的過程中推動社會的進步

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鄭曉靜2017年7月在西安電子科技大學畢業典禮上致辭

在西安電子科技大學,與全校師生確立了兩個共識:人才培養是學校的根本任務,本科教學是學校經常性的中心工作;通過以提升質量為核心的綜合改革,著力構建“基於激勵和引導學生自我發展的本科教育體系和基於創新創業的研究生培養體系”兩個體系,推動“以生為本、德育為先,以學為要、厚基強實”向教育本質的迴歸,“以師為本、學術為先,育人為要、德藝雙馨”向辦學本位的迴歸,以及“崇尚學術、迴歸工程,問題導向,需求牽引”向科研本質迴歸等“三個迴歸”。

2017年7月,在西安電子科技大學畢業典禮上,鄭曉靜做了《情懷家國 抱負河山》的致辭,對即將畢業走出校門的學生,有這樣的期望:西電出發,去往四面八方,在不同的地方,看不同的風景,遇不同的人,做不同的事,實現你們各自不同的“小目標”,融入中華民族偉大復興的“大目標”。

2018年4月8日,鄭曉靜出席在武漢大學舉辦的第八屆“世界大學女校長論壇”並作主題演講,指出,在構建更加開放的辦學體系的改革過程中,大學教書育人的傳統依然不變,但模式更趨多樣;大學服務本國發展的傳統依然不變,但質量提升驅動評價體系更完善。

她最後強調:堅守大學的上述傳統,就中國大學而言,就是要堅持立德樹人,堅持紮根中國大地辦大學,堅持全員全方位全過程育人。報告引起了強烈反響,得到了與會代表的充分肯定與讚揚。

這是鄭曉靜第2次出席“世界大學女校長論壇”,也是中國唯一一位2次受邀作主題演講的報告人。

鄭曉靜:風沙環境力學的開創者!扼制我國沙漠化的科學女神!

2018年4月8日,第八屆“世界大學女校長論壇”在武漢大學圖書館開幕,鄭曉靜發表《大學傳統與未來教育——大學教育實現全球共通的智能與使命路徑探析》主題演講

鄭曉靜最喜歡生物化學家布魯斯·阿爾伯茨的一段話:“科學是一項偉大的冒險,是值得花費一生的偉大事業。從事科學研究和科學教育,可以使人精彩地度過一生,因為其中總是充滿著新鮮、引起你的好奇心,並不斷給你驚喜。”

雖說搞科研是“冒險”,但其中無不凝聚著鄭曉靜的堅定信念,幾十年來,她始終把國家需要與個人的命運聯繫在一起,獻身國家的科學教育事業,努力攻克科學難題,精心培育人才,為國家的科學事業做出了卓越貢獻。

特約作者:明遠。中國科學院軟件研究所碩士畢業。

研究特長:應用數學及軟件開發,擅長數學相關領域科學家訪談。

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