程国栋

程国栋院士
程国栋院士
  程国栋,冻土学家 1943年7月11日生于上海。1965年毕业于北京地质学院。1993年当选为中国科学院院士。中国科学院兰州分院院长、冻土工程国家重点实验室主任、寒区旱区环境与工程研究所研究员。曾任中国科学院兰州冰川冻土研究所所长、寒区旱区环境与工程研究所所长、国际冻土协会主席。从事冻土学和干旱区生态水文和生态经济研究。创造性地提出近地面厚层地下冰形成的重复分凝机制,被国际冻土界誉为“程氏假说”。提出的高海拔多年冻土分布的三向地带性理论被广泛引用。近年来提出的冷却路基的新思路和新方法,在青藏铁路建设中被全面采用。代表作有《厚层地下冰形成的重复分凝机制》和《局部因素对多年冻土的影响及其对青藏铁路设计的启示》。1984年获中国科学院重大科技成果奖一等奖。2003年获甘肃省科技进步奖一等奖。

人物简介

  程国栋,冻土学家。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所研究员、博士生导师、中国科学院院士。1943年7月11日生于上海。1965年毕业于北京地质学院(现中国地质大学)水文地质与工程地质专业。1984年--1986年在美国陆军寒区研究与工程实验室进修,获该实验室名誉研究员称号。
程国栋院士在唐古拉山口
程国栋院士在唐古拉山口
  曾任国际冻土协会主席。现任冻土工程国家重点实验室主任、中国地质大学客座教授、中国科学院西部资源环境科学研究中心专家委员会首席科学家、国家自然科学基金委员会地理学科评审组成员、中国科学院自然科学奖评审委员会委员、是政府特殊津贴获得者,并荣获"甘肃优秀专家"及2001年全国"五一"劳动奖章获得者称号。
   他自1965年从北京地质学院毕业以来,为了祖国的需要,自愿来到地处西北边远地区的兰州,把自己的热血与青春奉献给了我国的冻土事业。他长期从事青藏高原冻土研究,系统地解决了地下冰的成因、分布规律、制图方法和在其上进行工程建筑的原则和方法问题,为青藏高原上几项国家重大工程建设项目提供了重要的工程地质资料和方法。 "青藏铁路建设中的冻土问题研究"系国家组织的联合攻关项目。程国栋院干为该项目的负责人之一,出色完成了任务,该项目获1978年全国科学在会重大科技成果奖。在"青海热水煤矿厚层地下冰地段路提试验"研究中,他率先将系统的实体工程观测、近似解析计算与计算机数值模拟相结合,既成功地解决了生产问题,又在理论上有重要突破。该成果获1978年中国科学院重大科技成果奖,有关文章在第三届国际冻土会议上发表并得到国际同行的高度评价。
  程国栋院士在交通部主持的项目"青藏公路多年冻土地区黑色路面修筑技术"中的"青藏公路改建沥青路面工程中的冻土问题研究"中成绩卓越。该项目获1987年国家科学技术进步一等奖后,程国栋荣获荣誉证书。在该课题研究基础上由程国栋作为第二作者编撰的专著《冻土路基工程》获1990年全国优秀科技图书二等奖。 他的"程氏假说"解决了冻土学中一个悬而未解的问题"近地面厚层地下冰的成因"。这是冻土学中一个重大的理论难题,长期以来国内外学者提出过多种见解,但均未能如愿。程国栋院士则在总结大量资料的基础上,验证了当时还鲜为人知或被常识所不易接受的新思想,如正融土中的水分适移和成冰,同时发现了温度波动条件下未冻水的不等量迁移规律,并将这些新思想、新发现有机地结合一起,创造性地提出了厚层地下冰形成的重复分凝机制,圆满地解释了这类冰的分布、组构和性状等特点,同时也将冻融过程中的一些重要理论提升到了一个新水平。 他创造性地提出的高海拔多年冻土分布的三向地带性理论也得到广泛的赞同和引用,并得到国际同行的高度评价,为此1991年应邀在两瑞典召开的"山地多年冻土和冰缘环境"国际学术讨论会上作了"山地多年冻土与气候"的综述报告,由于他在学术上的成就及在国际学术交流中所显示的能力,1993年由国际冻土协会理事会表决,一致选举为国际冻土协会主席。他已成为国际著名冻土 学家,成为国际学术界反映我国冻土研究方面的代表人物之一。
  程国栋院士在冻土学研究的同时,还进一步拓展科研领域,为西部开发献计献策。在青藏铁路的建设、西部水资源的合理开发与利用、生态的恢复与重建等方面作出了贡献。面对国家加快西部地区社会经济建设,逐步缩小东西部发展水平差距,建设山川秀美新西北的需求。他站在21世纪国家发展的战略目标和学科发展的前沿,以西部地区和重点,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。他曾多次带领科研人员深入甘肃省的河西地区、内蒙古等地进行实地考察,初步探明了西部地区地下水资源的含量,并成为"黑河流域水--生态--经济系统综合管理试验示范"项目的首席科学家,争取经费1000万元。他主持完成的"黑河水资源问题与对策"建议已成为水利部向国务院提高建议的重要依据。为了更好地宣传西部、发展西部,他主持主办了《西部论坛》,为更多的学者、专家提供了西部开发论谈的园地。
  他从1999年到现在已在《西部论坛》上发表论文20多篇,被一些高校、科研单位邀请作了10多次学术报告。作为博士生导师的他积极担任研究生的培养和指导工作,经他培养的博士生已毕业9人,硕士生已毕业12人,博士后已出站3人,这些毕业生有的已成为科技骨干,为国家的发展作出了贡献。目前,他正培养的博士生19人、博士后12人,为科技人才的培养呕心沥血,作出了重要贡献。

简历年表

  1965.9-1978.6 中科院冰川冻土沙漠所研究实习员
程国栋院士行走在冰原上
 程国栋院士行走在冰原上
  1978.6-1983.9 中科院兰州冰川冻土所室副主任、助研
  1983.9-1986.12 中科院兰州冰川冻土所室主任、副研
  1986.12-1990.10 中科院兰州冰川冻土所室主任、研究员
  1990.10-1991.12 中科院兰州冰川冻土所副所长、研究员
  1991.12-1998.9 中科院兰州冰川冻土所所长、研究员
  1998.9-1999.9 中科院兰州分院院长、研究员
  1996- 至今 冻土工程国家重点实验室主任 1993.8-至今 WDC-D冰川冻土分中心主任研究员
  1993-1998 国际冻土协会 主席 1995-至今 中国地理学会冰川冻土分会 主任
  1999.9-2001.11 中科院寒区旱区环境与工程所所长
  1993-至今 中科院院士

科研成就

     程国栋长期从事冻土学研究,被认为是中国冻土界的代表人物之一,在国际冻土界享有盛誉。近十年来致力于干旱区生态水文学和生态经济学研究,多有建树。代表性的工作有以下几方面。
程国栋院士给学生讲解知识
程国栋院士给学生讲解知识
  1从事青藏高原冻土研究40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;“青藏公路沿线冻土研究”获1984年中国科学院科技进步奖一等奖(排名第三);作为主要参加者的“青藏公路多年冻土”黑色路面修筑技术”获1987年国家科技进步奖一等奖;在此基础上完成的专著《冻土路基工程》获1990年全国优秀科技图书奖二等奖(排名第二)。
  2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(排名第一)。
  提出的高海拔多年冻土分布的三向地带性模式,得到国际冻土界的赞同,被广为引用。应邀在国际会议上作了有关的综述报告。其中以热稳定性为基础的分带方案,近年来得到广泛应用。
       首次系统地评估了“气候变化对中国积雪、冰川冻土的影响”。部分成果被中国向IPCC提交的“气候变化对中国的影响评估和对策”的国家报告所采用。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。
  3目前世界多年冻土区铁路的病害率在30%以上,在冻土区筑路仍是一个世界性的难题。而要考虑全球变暖,那更是难上加难。程国栋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,这一思路和措施得到了铁道部的高度评价,并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。2004年国际冻土工程会议后,7个国家的科学家和工程师实地考察了青藏铁路,一致认为冷却路基的方法是成功的、先进的。英国BBC和美国土木工程杂志均报道了这一成果。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2001~2002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。并已通过了2005年中国科学院杰出成就奖的评审。
  4作为首席科学家提出并实施了以流域为单元、以水为主线、水—生态—经济复合系统的交叉集成研究框架;提出并推动了3M(Monitoring, Modeling, 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。
  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社会科学的研究为主、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。上述研究的阶段成果“黑河流域生态环境演变与可持续发展研究”获2001年甘肃省科技进步奖二等奖(排名第二),“内陆河流域生态经济学、生态水文学基础研究”获2003年甘肃省科技进步奖一等奖(排名第一)。在此基础上,参加完成了中科院的若干咨询报告,如:“西北干旱区水资源考察报告——关于黑河、石羊河流域合理用水和拯救生态问题的建议”(1995),“西部大开发中的生态环境建设和产业结构调整咨询意见”(2000)。同时,还以个人名义,通过中科院向国家提出建议,如“黑河流域退耕还林应采用不同模式”(2003),“我国水资源安全战略的新思路及对策建议”(2003),“西部地区生态环境建设中存在的突出问题及建议”(2003)。

获将荣誉

  青藏铁路建设中的冻土问题研究 获全国科学重大科技成果奖 国家科委 1978.12
  热水煤矿厚层地下冰地段路堤试验 获中科院重大科技成果奖 中科院 1978.12
  青藏公路改建沥青路面工程中路堤高度研究 获中科院科技成果三等奖 中科院  1980.12 
  青藏公路沿线冻土研究 获中科院重大科技成果一等奖 中科院 1984.3 
  青藏公路多年冻土区黑色路面修筑技术 获国家科技进步一等奖  国家科委 1987 
  冻土路基工程 获全国优秀图书二等奖  国家科委 1990.2 
  厚层地下冰形成的重复分凝机制 获中科院自然科学二等奖 中科院 1993

人物品读

    凡有卓越成就者,无不有一股执著——对事业锲而不舍的精神,程国栋院士就是一例。
程国栋向胡锦涛总书记汇报青藏铁路工程项目
程国栋向胡锦涛总书记汇报青藏铁路工程项目
一、顽强、善思、多问的个性
  程国栋1943年7月11日生于上海市。他从小就喜爱运动,不时活跃在运动场上。直至今日,在中国科学院兰州冰川冻土研究所举办的乒乓球赛上,他也常为冠军得主。在富有竞技性、挑战性的体育中,锻炼了他勇于接受挑战,敢于拼搏的顽强性格。
  他还好于幻想,正是这一点引导他走上了地球科学研究之路。在高中毕业时,学校组织毕业生参观华东师范大学地质地理系,一位讲师介绍了关于打开喜马拉雅山改变中国气候的大胆设想,这深深地打动了尚未决定未来人生事业方向的青年程国栋。不多时日,又从北京地质学院的招生广告中看到南水北调和长江大桥这两项伟大的共产主义建设工程的简介,更使他渴望能投身于这一事业中,亲手绘制共产主义宏伟蓝图。于是他瞒着家长报考了北京地质学院。结果,他如愿以偿,1960年进入北京地质学院水文地质和工程地质系学习。为了实现自己的理想,他努力学习。学习成绩很好,一直担任班上的学习委员。65届学生是很幸运的,虽然经历了共和国历史上的三年困难时期,但学校教学较为正常,野外实习也颇多,学生们的知识基础打得较为扎实。后来在事业上不乏出类拔萃者。
  在学习中,他勤奋上进,独立思考,敢于创新,喜欢寻根求源,有着多多的为什么,这一习惯在他参加工作后一直保存了下来。他事业上的建树也颇受益于此。
  除了专业学习外,他还有着广泛的爱好,例如打球、唱歌、读文艺书、写诗、做文章。他欣赏“为人性僻耽佳句,语不惊人死不休”这一诗句,追求精益求精和完美的境界。
  但他的善于思索也让他吃了点小苦头。临毕业时,学校搞“思想清理”。这时,他暴露了些当时看来有点离经叛道的“惊人”想法,因而,思想清理到最后一个才得以过关。这使他产生了自卑,毕业时自觉有“白专”之嫌,不敢报考研究生,服从分配,来到了兰州。
二、投身冻土学——从没路的地方闯出一条新路
  1965年这位中等个子、说话轻声细语而极富条理的青年人到了中国科学院兰州冰川冻土沙漠研究所,被分配到冻土研究室工作。冻土是一门研究冻土及有关过程和现象的学科,它是在人类与寒冷地区严酷的自然条件作顽强斗争以开发这里丰富的资源、发展社会经济的过程中产生并壮大起来的。1927年,苏姆金(М.И.Сумгин)出版《苏联境内的多年冻土》一书,对前苏联冻土研究的主要成果进行了总结,并阐述了一系列的冻土学原理,这时冻土学才成为一门独立的学科。可见,冻土学这门学科十分年轻。
  我国的多年冻土占国土总面积的22.3%,约205万平方公里。是仅次于前苏联和加拿大的第三冻土大国。季节冻土的分布就更为广泛了。但我国的冻土研究起步较晚,解放后为开发东北森林资源,在工业和民用建筑、铁路和公路的修筑中遇到了许多冻土问题,为解决这些问题,开始了我国的冻土研究。
  我国除纬度较高、气候严寒的东北冻土区外,在西部高山和高原地区也分布着多年冻土,而且我们的高海拔多年冻土面积居世界首位,总面积超过173万平方公里,其中青藏高原的多年冻土占到80%。青藏高原的冻土研究始于20世纪60年代。当时一批刚出校门的青年学者挑起了高原冻土研究的重担,程国栋是其中的佼佼者。他风华正茂,壮志未酬,外表沉静,内心却豪迈激昂,有志在年轻学科的白纸上描绘最新最美的图画,满怀信心地要从没有路的地方闯出一条新路来。为此他日夜攻读,苦思冥想,考证摘录,广采博学,顽强拼搏,因为他深感学校学的知识太不够用了,许多东西须从头学起。
  “高处不胜寒”,工作区群峦叠嶂,岩峭谷深,白雪皑皑,高原严寒缺氧,风雪交加,工作条件十分艰苦。但冰川冻土研究所在老科学家以身作则的带动下,崇尚事业心、不畏艰险、开拓创新蔚然成风。程国栋曾引用鲁迅先生的话来表达自己的感受:“弄潮儿则于涛头且不在意”,多么洒脱!
三、创立“程氏假说”
  在冻土研究工作中,程国栋产生的第一个兴趣就是冻土中的厚层地下冰是怎样形成的。这种冰存在于多年冻土上限附近富含细粒的土中,厚度不等(0.3—6.0米),冰中含有土粒或土块,土块看起来好像悬浮在其中,形成斑杂状冷生构造。这种厚层地下冰在国内外均有文献报道。由于它埋藏浅、厚度大,对地表层的生物、化学、地质、地貌过程有重大影响,并且常常是各类工程建筑物遭受破坏的根源。正是由于它的重要性,引起了人们的高度重视,不遗余力地去探索它的成因,提出过分凝、胶结、重力下渗等各种假设。程国栋仔细琢磨这些理论,总觉得都不能自圆其说,难以令人信服。这个问题一直在程国栋脑海中萦绕了十年之久。他在从事国家重大建设项目时一直不忘积累有关地下冰的资料。
  青藏冻土研究始终围绕着国家重大建设项目进行着。在解决生产中的科学问题过程中,冻土学科也获得了长足的发展。程国栋出色地完成了“青藏铁路建设中的冻土问题研究”这一国家组织的联合攻关项目(他是东线方案负责人),荣获1978年全国科学大会重大科技成果奖;作为“青海热水煤矿厚层地下冰地段路堤试验”课题的主持者,率先在国内冻土研究中将系统的实体工程观测、近似解析计算与计算机数值模拟结合起来,有效地解决了生产问题,并大大提高了冻土研究的水平。该课题获1978年中国科学院重大科技成果奖。1984年他作为主要负责人之一的“青藏公路沿线冻土研究”获中国科学院科技进步一等奖,他参加的交通部的大课题——“青藏公路多年冻土地区黑色路面修筑技术”获1987年国家科学技术进步一等奖。
  在十余年的高原冻土研究中,他不断地学习新东西。20世纪70年代上半期他向数学家学习数学物理方程,20世纪70年代下半期他又钻研物理化学。虽然由于种种原因,他自己觉得两者都没有深入进去,但也算挨了个边,拓宽了解决生产问题和厚层地下冰成因问题的思路。他是图书馆忠实的读者,凡新书新刊,几乎都一一浏览。因此他谙熟冻土学的动态和发展趋势。1979年,主持青藏公路改建工程中的冻土工程地质工作,在公路沿线打了几十个钻孔,他有幸仔细观测了形形色色厚层地下冰的分布形态,并发现了正在融化的土中的成冰现象。国内外冻土学界在这些年的实验和野外工作中也有了不少新的发现和进展。
  这一切促使一种新的成冰机制在程国栋心中酝酿成熟。在1979年的年终总结时,处于豁然开朗状态的程国栋挥笔如飞,厚层地下冰形成的重复分凝机制就这样问世了!
  真所谓是“十月怀胎,一朝分娩”,十多年呕心沥血的探索与资料积累终于有了结果。1981年和1982年,他的论文相继在《科学通报》和《中国科学》上发表,1983年又在《寒区科学与技术》(荷兰)上发表,立即在冻土学界引起了很大反响。许多冻土学家给予很高的评价,并冠之以“程氏假说”。程氏假说成为迄今为止很有说服力、较完善的厚层地下冰形成学说,国际冻土界长期悬而未决的一个重要理论问题获得了较完美的解决。
  “厚层地下冰形成的重复分凝机制”主要由3个部分组成,其中最核心的部分是程国栋创造性地建立的“未冻水的不等量迁移规律”(“未冻水的单向积聚效应”)。其中有些论点似乎有悖常识,例如:“水向高处走”、“融化时的冻胀”。但程国栋不因循守旧,正是从这些有悖常识的地方取得了理论上的突破,揭示了厚层地下冰形成的本质,并开拓出一个新的研究领域——正融土中的水分迁移和成冰作用。
  其次,程国栋提出冰的自净作用,这是他多年来关注国外学者的有关实验室研究,并将他们的实验成果用来寻求多年冻土上部高含冰量土中土颗粒移动规律的结果。
  此外,程国栋还善于挖掘别人观点的合理部分,如引入国际地下冰权威、加拿大哥伦比亚大学麦凯教授(J.R.Mackay,1972)的共生机制来阐述厚层地下冰的共生生长方式。
  上述3部分构成厚层地下冰形成过程“杰出的冻土构造证据和现象的语言模型”。
  程国栋并不满足于理论上的成功,他还亲自设计实验来验证它。实验结果无不证明这一机制的存在。
  加拿大冻土学者在育空地区试验场专门进行了3年的观测试验。试验中应用了中子测水、氚分析和现场模拟等多种手段,得出的结论是“程氏假设成立”。
  俄罗斯学者的观测结果也证实了这一机制。
  近年来人们还用这一学说解释夏季冻胀、成型土的生长、多年冻土上部的水汇作用等冻土和水文现象,表明程氏假说在寒区具有普遍意义。程氏假说已被写入加拿大1989年出版的《冻土:冻土学原理》一书。由于他系统地解决了地下冰的成因、分布、制图及在其上进行建筑的原理和方法,确立了他的中国地下冰权威的地位。
  1983年程国栋被推举为国际雪冰委员会地下冰分会主席,并成为期刊《寒区科学和技术》(荷兰)编辑委员会委员。
  1984年程国栋又提出了高海拔多年冻土的三向地带性规律,同样为国内外冻土学界所推崇,并广为引用。这一规律成为高海拔多年冻土研究中的基本理论及预测高海拔多年冻土变化的建模基础。
四、治学与为人的良师
  1984年程国栋去了美国,在美国陆军寒区研究与工程实验室(CRREL)进修了两年,获该实验室名誉研究员称号。进修回国后晋升为研究员,相继担任了冻土室主任、冰川冻土研究所副所长。1991年12月被任命为正所长。1990年担任期刊《多年冻土与冰缘过程》(美国)编辑委员会委员,从这一年开始享受国家政府特殊津贴。
  1993年,第6届国际冻土学会议在北京举行,程国栋出色地组织了这次冻土界的盛会,会议取得圆满成功。就在这次会议上,程国栋被推举为国际冻土协会主席。同年,被批准为博士生导师。8月担任世界数据中心中国冰川冻土分中心主任。12月29日成为新增选的59名中国科学院院士中最年轻的一员,程国栋这时50周岁。
  1995年程国栋任中国地理学会冰川冻土分会主任和中国地理学会常务理事,1996年成为西部资源环境科学研究中心首席科学家;兼任冻土工程国家重点实验室主任。
  在程国栋的冻土研究生涯中,上面提到的麦凯教授是他心中的楷模。麦凯教授有“加拿大多年冻土研究之父”之称。1950年开始北极工作以后,每年都要到现场收集第一手资料,即使患了癌症,手术之后仍然不顾严酷的自然条件,坚持在北极地区拼搏。这种献身科学的精神为每一个地学工作者马首是瞻。作为一个优秀的地学工作者,他能很好地把握野外工作的3个要素,将理论、仪器和观察有机地结合在一起。麦凯从不满足于对现象的论述,而是不倦地探根求源,他有超凡的用简单物理概念解释复杂自然现象的能力。探索新的自然现象常常没有现成的仪器和设备,他就自行设计和制造。他觉得解决问题的最简单的方法是最好的方法。在观察上,麦凯极为熟练又非常细微,往往能发现一些被人忽视的细节,并从这些细节上得出重要的结论。在对问题作出结论时,他慎之又慎。解释调查中见到的现象时,他会提出多种设想,然后对每个设想进行全面的测试和验证,扬弃那些不合理的部分,逐步缩小范围,建立起可信的假设。这种严谨的治学态度,使他在同行中享有崇高的威望。1986年瑞典国王亲自向他颁发了以世界上第一次航行北极东北通道的著名探险家命名的维加金奖。
  程国栋曾将自己关于厚层地下冰的形成过程的论文寄给麦凯。麦凯征得程国栋的同意,在自己的文章中引用了程国栋的一些观点,并帮助程国栋将论文发表在《寒区科学与技术》(荷兰)上,使中国冻土学家这一理论上的重大建树得以扬名于世界。
  其实,麦凯教授的治学与为人,也是程国栋自己的贴切写照。
  程国栋走上研究所领导岗位之后,由于他善于学习,善于进行调查研究,很快在全所树立了很好的形象。他不轻易召开大会,每次开会他都事先作充分准备。为了更好地说明问题,他常利用图表,将图表投影显示于屏幕上,宛如在作学术报告。语言虽简练,但问题讲得很清楚。他讲话时,全场肃静,人人无不全神贯注,听他娓娓说来。至今还深深印入人们脑海中的一件事是,他用几条曲线来说明一个研究所要永远保持鼎盛状态,即始终处在一个高的水平上,则必须不断发现新的学科生长点、新的突破点。创新才是优势与希望所在。事物永远处于极盛状态是违反事物发展规律的,但当某个领域走向衰落时,即从峰值往下掉时,代表新的生长点的曲线已上升到峰值,这样,周而复始,这个研究所就永远充满活力。他就这样地激励大家不断地开拓奋进。程国栋自己就最善于捕捉新的学科生长点和新事物之苗头。瞄准目标,锲而不舍。
  随着全球变化问题成为国际研究的热点,主要由冰川、冻土两大学科支撑着的冰冻圈问题引起了人们的重视。冰冻圈是气候系统的5个组成之一,它保存着古气候古环境变化的重要信息,对气候和环境变化十分敏感,同时又对气候和环境变化有反馈作用。程国栋不失时机地将冰冻圈研究立项,争取到中国科学院冰冻圈动态基础研究特别支持项目。尤其是1997年,世界气候研究计划联合科学委员会探讨了过去对冰冻圈研究重视的不足,倡导冰冻圈与气候国际协调研究的战略,并提出了“寒区与气候相互作用”计划。这将大大促进冰冻圈的研究。程国栋将这些材料转给了图书情报室的同志,让他们撰文在报刊上发表,以宣传冰冻圈研究的重要性,扩大本学科的影响。
  20世纪60年代前苏联在西西伯利亚多年冻土区麦索亚哈气田发现了一种新的烃类资源——天然气水合物。随后,美国也在大陆边缘的海底找到了这种天然气水合物藏。作为非常规天然气资源的天然气水合物被誉为21世纪的新能源。程国栋从70年代就跟踪着世界各国对它的研究。直到冻土工程国家重点实验室建立,有条件进行天然气水合物的研究时,就建议立项,开展了研究。与此同时,他与他的学生一起还探讨了甲烷与全球变化的关系(金会军等,1997)。
  处于西部地区的冰川冻土研究所必然要为西部建设中的战略需求作出应有的贡献。
  西北地区经济发展最大的制约因素是水。“有水是绿洲,无水变荒漠,水多盐碱化”。冰川冻土研究所冰川冻土研究事业一开始就以“开发高山冰雪,改变西北干旱”为宗旨。寒区和干旱区的水文研究,“文化大革命”期间曾一度中断,1978年后恢复,并将水的研究从山上扩至山下,对西北干旱区内陆河流域开展系统的山区与平原盆地相结合的多学科综合研究。近年来进而与生态、环境和可持续发展密切联系起来,为此,程国栋专门组建了“西北水资源与环境研究中心”。他亲自争取并主持“九五”国家科技攻关项目“西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究”和国家自然科学基金重点项目“西北干旱区内陆河流域水资源形成与变化的基础研究”。并一再指出“寒区和干旱区水文、水资源和环境的研究事关重大,任重而道远”。为加强这一领域的研究,还引进了“百人计划”人才。
  他深感寒区工程的研究工作要从单纯的工程冻土学转向冻土工程研究。“在全球变暖的背景下如何更有效地保证已建和新建的寒区工程建筑的稳定性?这是寒区工程研究所面临的新挑战。而青藏铁路的建设也已进入预可行性研究阶段,解决修筑中的各类冻土问题应有新的研究思路,这可以为更加复杂的西线南水北调工程奠定基础。还要进一步开展人工冻结技术的应用研究。”程国栋睿智地指出了21世纪冻土工程国家重点实验室的战略方向(程国栋,1998)。
  在冰冻圈研究中有许多复杂的科学问题,而复杂科学问题的解决常常要融合其他学科的知识,不仅包括方法,而且还包括思维和策略,这就是创新。
  至今程国栋带出了12名博士和2名博士后,他的每个学生都是围绕着学科前沿问题,融合交叉学科的方法和思维去做博士论文和博士后研究的。
  例如:金会军的博士论文是《青藏高原冷湿地与大气间CH4.CO2和N2O交换研究》,旨在研究高海拔冻土区湿地主要温室气体的源汇潜力,填补高海拔地区温室的气体地气交换研究的不足。研究工作涉及冻土、大气化学和生物地球化学诸学科。
  张玲的硕士论文是《高寒山区牧草抗寒性机理研究》,涉及寒区生理生态、植物的冻害机理。这是将无机界的冻融过程研究向有机界扩展的首次尝试,等等,不一而足。
  程国栋极为重视高新技术在科研和科研管理上的应用。他在抓计算机学习、配置和网络建设的同时,为了更好地利用遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)即3S技术获得、处理和应用寒区地理科学数据和信息,来为冰川冻土研究所的基础性研究和应用研究服务,而将原“遥感应用室”调整为“寒区地理信息科学中心”。尤其对其中地理信息系统研究与应用更是做了细致入微的工作,因而在很短的时间内促成了中国冰冻圈资源和环境信息系统的建立,并据之建成了“高海拔多年冻土对全球变化响应模型”,这在第7届国际冻土会议上引起了热烈的反应。作为学科的重大突破,《中国科学》发表了这篇论文(李新等,1999)。程国栋对高新技术和信息科学的热切追逐,深深地感动了年轻人,他们感慨地说:“我们的程所长有一颗永远年轻的心。”
  程国栋重视研究手段和方法的改善的另一个实例是:在我国唯一的一个以冻土工程为主要研究内容的综合性实验室——“冻土工程国家重点实验室”的研究工作中,引进了“百人计划”人才,一个具有计算机数字仿真技术的专门人才。
  是的,程国栋指出:“信息为认识冰冻圈、合理配置资源、保护生态环境、促进经济可持续发展的前提,具有战略地位。只有以地理信息系统为载体将多维、多层次的信息统一起来,进行高层次的综合集成加工和区域空间分析,才能提高冰冻圈研究水平,更好地服务于经济建设和环境保护。”(程国栋,1998)
  科学研究离不开文献资料,离不开学术论坛。程国栋将图书情报室和学术期刊《冰川冻土》置于自己的主管处室之中。百忙之中,他还能为图书馆提供优秀的科技书籍信息,提供重要的科技情报,逐年增加图书馆经费,并将国内外给他的赠书不断地转赠给图书馆。他为图书馆所开出的书单中,大多是有关地学的新兴交叉学科及突变论、混沌、分形等方法论的书籍。程所长的高屋建瓴就是建立在如此勤奋的基础之上的,令图书馆工作人员深为感动。而对期刊《冰川冻土》更是备加关注,多次指示《冰川冻土》要加快国际化进程,积极组织安排英文版增刊的出版。这只是刊物走向世界的第一步,办成国际化优秀学术期刊才是程国栋的最终目标。
  另外,程国栋院士在国内外科学期刊上共发表学术论文80余篇。
  程国栋院士还是年轻人心目中的良师,师从于他的学生,从确定研究方向、选题、室内外工作直到论文的撰写,无不受到导师悉心的指导,论文中许多观点也是他的学术思想的体现。
  学生们在与导师亲切相处的几年中,深深地体察到导师的“知识渊博、功底深厚、治学严谨”而又“谦虚谨慎、不骄不躁”的资质、一代大师的风范,领悟到科学研究的真谛,治学和做人的道理。他的学生都为能师从于程国栋院士而深感荣幸。
  在近年来的研究工作调整中,程国栋还将一大批年轻人推到了重要岗位和学术带头人的位置上。使冰川冻土事业后继有人。
  作为一个研究所的主要负责人,要把握好学术方向,还要关注后勤杂务。在行政事业费入不敷出的境况下,程国栋大胆启用年轻人搞开发创收。至今每年的开发创收可达100万元以上。除应付不断上升的职工医疗费用外,还建起了4幢职工住宅楼,大大改善了中青年科研人员的住房条件,稳定了青年科研骨干队伍。
  1998年11月程国栋调任中国科学院兰州分院院长。但在1999年中国科学院知识创新工程试点工作中,兰州冰川冻土研究所、兰州沙漠研究所和兰州高原大气研究所将整合成一个科研机构而成为“西北资源环境与可持续发展研究基地”的核心部分,程国栋又担任了3个研究所整合筹备组组长,此时此刻他正根据国家目标和学科发展需要,站在知识创新体系的高度,倾心地规划着研究基地21世纪的发展宏图,忘我拼搏,再创辉煌。