听90后博导亲述勇闯“小黑屋”的那些事儿

时间:2019-11-13浏览:663

两大妙招,助力小白勇闯小黑屋

读博就是在黑暗的房间中独自探索。进入博一,初进小黑屋的樊一帆发现,博士阶段的学习要求和之前截然不同。之前的学习主要是吸收前人的知识,而博士生阶段则是独立做研究,只能基于前人的知识探索新的问题。这巨大的变化对樊一帆而言极具挑战性,虽起初不太适应,但他没有轻言放弃,而是通过阅读大量的前沿文献书籍,了解到领域内的发展动态。继而通过与导师交流探讨,明晰自身定位、找准研究方向。

樊一帆发现,在快速的超大城市发展中,城市建筑朝着“既高且密”的方向发展。在静小风时,城市热岛和空气污染最严重。此时,高密建筑产生的建筑热羽流在整个城市通风体系中,发挥着愈来愈重要的作用。随着建筑高度的增加,建筑表面热羽流的雷利数快速增大。现存研究中有理论模型对高雷利数的热羽流进行理论研究,但是并未得到实验验证。此外,在静小风及稳定背景温度层结的共同作用下,多个密集的建筑热羽流可最终形成城市“热穹顶”状的热岛环流。然而,城市热穹顶的时空特性及其影响城市污染扩散的具体机理并不清楚。

于是,在明确这两个研究空白之后,樊一帆加速进入实质研究阶段。樊一帆首次对16层高的中山大学学人馆表面形成的热羽流边界层进行了实地测量,证实高雷利数情况下建筑壁面的自然对流边界层可以分为内边界层以及外边界层的双层模型,同时测量结果显示外边界层的垂直速度廓线成高斯曲线形状。通过对测量结果的分析,得到可用于高层建筑壁面热羽流竖直速度计算的经验公式,从而为分析建筑对城市冠层内通风及污染物扩散的影响提供支持。

无疑,这是一个具有突破性的研究成果。但这个成果的背后有着诸多不易。从选定合适的实验用建筑物、到资金不足、审批流程再到实验方案设计和调整,每一步都克服了诸多困难。实验的过程也很艰辛,除去大量的前期准备工作,正式高强度实验总共开展了3次,而每次实验需要72小时通宵不间断测量。

在“城市热穹顶特征及其对城市环境和污染物扩散的影响”这个研究问题上,樊一帆的研究设计和研究成果都亮点十足。水槽实验受到英国皇家学会院士JulianHunt男爵的赞赏,他对此项研究表现出浓厚兴趣并邀请樊一帆到剑桥大学和伦敦大学学院进行学术访问。此外,樊一帆还首次发现并分析了城市形状对热穹顶内流动(城市热岛环流)的显著影响,首次建立理论模型计算城市热穹顶水平延展大小,并研究分析了相邻城市热穹顶流动的相互作用模式以及机制。

樊一帆认为自己是幸运的,闯“小黑屋”的过程还算顺利。当问到在黑暗中摸索阳光的心得时,樊一帆说,“很多人都看过那副挖水的图,其实做科研跟挖水很像。有的人挖了一会儿就轻言放弃了,自然是挖不倒;但如果那个地方本来就没水,一直挖也是徒劳无功的。而对我而言,快速判定哪里有水的方法有两个,一个是大量前沿文献调研,一个是多与前辈交流。”

 重回母校,他想成为年轻学子的科研助力人

樊一帆说,找到小黑屋的窗子,不仅是自己的一份成绩,也可以让别人通过窗子看到一些新的东西。而每每想到曾经帮助过自己的贵人,他都会产生一种渴望——把这种对他人的帮助传递下去。我在大三的时候才确定读博,跟其他同学相比算晚的。虽然大三才决定走学术研究道路,但是樊一帆近距离接触科研,是从大二开始。

2012年,樊一帆报名参加全国大学生节能减排竞赛,结识了导师——浙江大学能源工程学院教授骆仲泱。与大部分老师不同,骆老师从选题开始就让同学们自己准备筹划,继而再结合自身准确的科研直觉和丰富的科研经验来判断其研究的意义。这是樊一帆第一次亲身体验科学研究的完整过程,这次经历让他见识到了科研的魅力。

樊一帆博士生期间的两项主要研究都受到学界的认可,樊一帆认为这与自己遇到了很多提供巨大帮助的“贵人”密不可分。本科时遇到的导师骆仲泱老师,锻炼了他独立思考的能力,本科毕业设计时的导师冯晓露老师和班主任陈彤老师让他体会到科研严谨性的重要性,而读博期间的导师,香港大学教授李玉国,更是通过言传身教,在研究方法和研究方向上让他受益良多。樊一帆仍然记得自己刚开始写论文时,“偷懒”地选择性忽视了一个难以确定的专业词汇,但是当李玉国导师发现后,亲自向樊一帆展示如何通过文献搜索去确定这个名词。在研究方向上,李玉国教授一次在港岛太平山顶咖啡厅与来访教授喝咖啡,俯瞰到整个港岛区域的密密麻麻的建筑,跳出一个想法:“能不能像设计建筑一样设计城市?”。于是,樊一帆的整个博士期间的研究内容主要围绕着这句话开展。

除了这些亲身引领樊一帆从事科研的导师之外,还有许多来自其他人的帮助。比如,英国皇家学会院士Julian Hunt教授,瑞典耶夫勒大学Mats Sandberg教授,世界城市数据库创始人之一、北卡罗莱纳大学教堂山分校Jason Ching教授,英国剑桥大学Paul Linden教授等宝贵经验都让他受益良多。

樊一帆将在2019年秋冬学期走上讲台开始授课,并正在打造自己的科研团队。他希望能像之前帮助过自己的导师们一样,能给学生带来一些帮助,让他们在科研上少走一些弯路

回到母校,樊一帆选择了一个新的研究方向。“随着城市化的快速进程和城市人口的高速增长,超大城市和城市群正快速涌现。聚集的人口以及城市建筑改变了大气背景环境,对城市气候及环境产生重大及深远的影响,并伴随产生一系列恶劣的环境问题,如区域持续性雾霾、极端热浪天气等。”樊一帆说,“围绕这个现实背景,我的研究会涉及到‘超大城市热穹顶在不同环境条件下有何时空特征’‘多个超大城市热穹顶在复杂环境和地形情况中如何融合’‘室外大尺度自然对流如何影响室内健康及空气品质’等课题。”谈到自己的研究方向,樊一帆眼里透露着坚定。

樊一帆有着科研工作者的严谨务实,同时保持着一颗热爱生活的心,闲余之余或者阅读经典扩充视野,或者约上三五好友一同登山。“最近在看三体和基督山伯爵,感觉做科研要既要像三体作者刘慈欣一样有丰富的想象力和联想力,也要像基督山伯爵主人公唐泰斯一样有明确的目标、缜密可行的计划和高效的执行力。”樊一帆说。