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研究难度很大.海水在不同深度上的密度是相同的,而大气的密度、压力随着高度、温度等因素变化,因此,模拟计算大气潮汐负荷对地球重力和位移场的影响,比海洋负荷潮汐影响研究难度大很多.再加上刚到异国他乡,既要克服语言和生活环境差异带来的困难,又要饱受常年在外的思乡之苦.但孙和平没有向困难屈服,更没有陶醉在比利时和欧洲各国旖旎的风光中,而是全力以赴地投入到课题研究.他怀着对理想的执著追求和对流逝岁月的无比珍惜,拼命地钻研专业知识,拓展自己的视野,提高自己的业务水平,目的就是回国后能更好地为科研服务.在留学的几年中,孙和平对大气压力作用下弹性地球形变及重力场变化这一科学问题进行了系统深入研究,并编写了2000多条FORTRAN原始代码,每一条程序都浓缩了科研之难.一起共事的国际留学生来自中国、俄罗斯、法国、摩洛哥、南斯拉夫等.同学去打工,他在写代码；同学去逛街,他在写代码；同学去休息,他还在写代码.在同一办公室的一个摩洛哥同学曾形象比喻说,他每次来办公室时,孙在；无论多晚离开办公室时,孙还在.不分上班还是周末,几年如一日,从不例外.
在导师指导和自己的努力下,基于标准大气定律和大气圆柱体分布模型,孙和平在球形、非旋转、各向同性分布的弹性地球模型基础上构造和引进大气重力格林函数,解决了质量密度随高程分布复杂的负荷计算和理论模拟问题.接着又系统深入地讨论了格网划分、不同水汽含量、地球模型、气压高程、台站高程、周围地形、圆柱体半径和温度变化等对结果的影响,最终完成了一整套计算机软件.该研究在物理成因方面取得突破,提出了重力气压改正的物理方法,发展了新的理论.时任国际大地测量协会主席的TeW教授评价认为“孙的工作将大气压力变化对重力场影响的研究大大向前推进了一步,为今后的工作提供了坚实基础”.
1995年11月,在由比利时、法国和加拿大等国的同行专家组成的答辩委员会面前和有80多人参加旁听的阶梯大教室内,他以娴熟的专业知识和外语表达顺利通过博士论文公开答辩,并以“laplusgranddistranction”（最优异成绩）获比利时王国理学博士学位称号,属10%最优秀毕业生行列.中国驻比利时使馆教育参赞专程到新鲁汶大学全程参加答辩会并表示祝贺.博士学位论文被比利时皇家天文台地球物理系列专刊正式出版,并被比利时、美国、德国、英国、日本、俄罗斯、芬兰、荷兰等25个国家的图书馆和同行收藏.读博期间,他发表的6篇论文多次被国际同行引用,包括2003年USNO、国际地球自转服务规范、JGR和PEPI等高端期刊论文等.
获得博士学位后,看到许多留学的朋友移民加拿大,孙和平也在回国还是继续留在国外的选择中艰难斗争.最终,他还是决定以诚信为本,毅然放弃了继续留在国外的机会.带着深厚的理论基础和娴熟的专业技能,怀着拳拳报国之心,携妻子一起踏上了报效祖国的无悔之路等
数年积累结硕果
“要树立科学有险阻和苦战能过关理念,科学研究尤其是基础研究不比种田和工厂生产,它是属于一种探索行为.是为了认识自然现象,进而总结或者发现这种现象规律的科学,往往在起步阶段很少或者没有参考,走前人没有走过的地方,困难是可想而知的.”孙和平谈到自己的工作时如是说.
正是基于这些与国际接轨的前沿基础研究积累,回国后的他一刻也不停歇,积极组建团队,申报课题.先后主持承担并完成了科学院和国家教委回国留学人员科研基金、中科院院长基金、国家攀登项目三级课题、中科院重点项目、国际重大专项子课题、国家基金面上、重点、杰青和创新群体等项目.依托于这些项目,他扎扎实实、默默无闻地进行着地球重力场变化机制的探索,带领团队将高精度超导重力技术应用到地球动力学和内部结构研究.在测定地球重力场垂直分量的各类仪器中,超导重力仪被国际同行公认为是精度最高和稳定性最好的仪器.该仪器被安装在全球各地,被各国政府部门列入为地球物理和大地测量研究服务的重要重力测量手段.目前国际上有近40台超导重力仪器在运行工作,我国共有5台,其中科学院系统的3台就是由孙和平团队管理,分别安装在武汉国际重力潮汐基准站、拉萨和云南丽江台站.
基于国际超导重力仪网络高精度观测资料,孙和平带领学科组在地球内部动力学现象的理论模拟与检测方面取得了一系列进展.在当今“地球液态地核近周日共振（自由核章动）现象”这一国际前沿科学问题系列研究中,深入揭示了其与重力过程的紧密联系,确定了共振参数,可为获得地球深内部结构提供重要参考.其中获得的真实液核动力学椭率比流体静力平衡假设下的理论值约大5%结论是重力技术的重要贡献,并在数据处理中发展了全球资料叠积技术.构建了考虑地球液核动力学效应的SXD重力固体潮实验模型,这是目前国际上仅有的三个潮汐实验模型之一.与国际著名学者SMathews基于VLBI和考虑核幔边界电磁耦合作用构制的理论模型具有良好的一致性,较传统的VDehant理论模型更加接近真实.
观测和理论模拟并举,孙和平课题组用重力技术研究大地震激发的地球自由振荡现象,准确检测到地球自由振荡全部振型（包括42个基频、2个径向和49个谐频）和12个谱峰分裂.过程中,他们发现了低阶振型的谱峰分裂和因科里奥利力导致的环型球型耦合现象,观测到与地球内核各向异性有关异常谱峰分裂.有关文章发表在国际高端期刊上,并多次被引用,其中2005年作为参加者与JPark合作发表在Sience的论文是近年来国际地学界最受关注的成果之一.
此外,对国际上颇具争议的地球固态内核平动振荡现象（Slichter模）的存在和力学机制开展了深入研究,在对全球资料积谱密度估算基础上,检测到8组公共谱锋（其中3组与美国著名科学家Smith理论值相差仅为1.0%）.相关工作对认识地球深内部动力学现象具有重要意义.
在国际上首次将地表重力技术应用到核幔边界粘滞度问题研究中,获得了地球深内部结构重要参数,为探讨地球深内部物理开辟了新技术与方法,在国际同行领域中具有开拓性意义.
研究所创新跃台阶
作为我国大地测量和地球物理学科主要学术带头人以及中科院测地所所长,孙和平敏锐把握学科趋势,通过科研布局和团队建设,让一个中科院体量相对较小的研究所在行业领域焕发出创新光芒,走上新台阶.
2005年2月接任所长以来,他充分发挥班子人员和学术委员会作用,强调地球的局部和整体运动及其动力学机制研究,国家航空航天和军事测绘保障等战略部署,确定了研究所学科定位.面对地球系统科学圈层相互作用过程及动力学机制的重大科学问题,针对国家航空航天、军事和基础测绘、灾害监测、资源勘探等方面的重大战略需求,开展与大地测量相关的重大理论研究,突破核心技术瓶颈.为此,他积极推动学科组重组建设,自筹几百万经费建立自主知识产权的重力仪器实验室.
如今,根据中科院“创新2020”战略和“一三五”规划要求,研究所明确了清晰定位和发展方向,确定了瞄准高精度重力测量关键技术和地球核幔边界形状内部结构等重大科学问题为导向的突破方向,确定了地震大地测量,全球环境变化的空间大地测量探测与评估,多模GNSS精密定位/定轨及多技术组合导航,流域水环境对气候变化及重大水利工程的响应机制等重点培育方向.
在他多年努力和推动下,2008年武汉大地测量国家野外科学观测研究站建设取得重要进展,2009年参加我国二代导航系统建设科研取得重要进展,获得国家科技进步奖二等奖；2010年获批主持国家重大科学设备仪器开发专项；2011年“大地测量与地球动力学国家重点实验室”获科技部批准建设；2012年获得的省部级自然科学与科技进步成果奖就有7项,其中3项一等奖,承担国家基金的研究项目经费连续多年达千万量级,研究所科研经费总量由刚任所长时的几百万上升至近1亿元等
事实上,测地所在短短几年内显出的效力,除了科研布局,另一个关键在于人才支撑.为了吸引更多具有国际视野的优秀人才,孙和平曾在参加美国地球物理学年会等国际会议期间,亲自带队到美国寻找和动员合适人才.
测地所是中科院武汉地区第一个引进“千人计划”入选者的研究所,现有长期、短期和青年“千人计划”各一位.为充分发挥“千人计划”入选者毛伟建的作用,专门成立计算与勘探地球物理研究中心.青年“千人计划”入选者储日升,除了经过学术委员会评定给予研究员待遇,没有给予任何额外条件,一些高校曾开价年薪30万元,但他选择了测地所.“我看中的是这里的科研环境和研
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