交流 - 【国际人才环流】NIED：通过革新式使用雷达，构建水灾韧性社会——专访Shakti P.C.博士

加强国际人才环流是研究开发工作充满活力的必要条件。日本需要积极推进全球“知识”的交流，增强研究和创新能力。为此，在推进研究环境的国际化的同时，促进国际人才的交流，确保日本紧密融入国际人才环流非常重要。

为此，“国际人才环流”特辑将通过对研究一线的科研人员的采访，介绍日本研究一线为促进国际人才环流，创造卓越研究成果而实施各种举措的现状和课题，同时介绍吸引全球研究人员的重要因素——日本研究环境的魅力。本次我们采访了日本防灾科学技术研究所（NIED）的主任研究员Shakti P.C.博士。

坐落在太平洋火山带上的日本，经常遭受包括地震、火山喷发以及海啸等在内的自然灾害的侵袭。此外，每年都有可能会引发洪水和山体滑坡的台风和暴雨。这些自然灾害给社会基础设施、人的生命安全和经济造成重大损失。面对这些灾害，日本通过开发先进的预警系统、构筑强韧基础设施以及为公众提供防灾训练，在最大限度降低灾害影响方面取得了长足进步，成为了世界上最具抗灾能力的国家之一。当然也还存在改进的空间，为此日本正在开发新技术和对策，以减少国民受灾。

NIED是日本研究自然现象及抗灾技术，从而实现社会抗灾韧性的国立研究机构之一。尼泊尔国籍的Shakti P. C.博士是NIED水及砂石研究部门的主任研究员，是雷达降雨观测研究的前沿人物。此次，我们采访了他对降雨及灾害研究的感兴趣的机缘，在日本及国外从事研究的经历，以及对国际人才环流、全球科研流动性的重要性所持的看法。

NIED水及砂石研究部门主任研究员Shakti P.C.博士

尼泊尔山村的童年经历使他对地球科学萌生兴趣

Shakti博士出生在尼泊尔蓝毗尼省（Lumbni）风景如画的桑迪卡尔卡（Sandhikharka）村，四周环绕着群山、丘陵和河流，靠近著名的佛陀诞生地Shakti博士亲切地回顾了自己的童年，讲述自己与家乡村庄自然景观之间的深厚联系。他每天上学的路上都必须穿越一条小河，雨季的时候河水会涨水并经常发生洪水，如果超过一定水位线，Shakti和他的同学便无法过河。不过，村民们似乎习惯了洪水，有时他们会从污浊的洪水中游过，因为别无选择。

正是这段经历使年轻的Shakti对水文学和气象学产生了最初的兴趣，“当时还没有桥，我们只能跟着老师一起趟水过河。我爷爷常说我们要想办法解决这些洪水以及随之而来的山体滑坡问题。这些在当地都是涉及人命的大问题。长大后，我时常回想起祖父的话，最终使我投身到了地球科学领域。”

在家乡高中毕业后，Shakti考入尼泊尔最古老及规模最大的大学——位于首都加德满都的特里布文大学（Tribhuvan University），继续深造。童年的经历激发了他探究水文学和气象学的兴趣，因此他攻读了理学学士学位，随后又于2002年取得了硕士学位。Shakti读书时很勤奋，取得了整个系的最高分，因此在完成硕士学位后被授予“Mahindra Bidhya Bhusan (Kha)”金质奖章——这是当时由尼泊尔国王颁发的荣誉（尼泊尔于2008年废除了君主制）。此后，Shakti留在母校开始了5年的教学生涯，教授本科和研究生课程。

在教学期间，Shakti参与了多项研究和野外实验项目。这使得Shakti产生了在水文气象领域进一步深造的愿望，于是他开始寻找出国留学的机会。由于海外学习学费昂贵，他不得不寻找奖学金，幸运的是，他获得了比利时政府的奖学金，从而有机会在比利时鲁汶天主教大学攻读水资源工程的国际硕士课程。“课程难度很大，这是一个传统的老专业，有很多英语授课的课程，许多课程都采用讲座形式，教授讲述新的知识，然后提问。学生当场便会知道自己是否及格。这是一种非常好的经历。”谈起自己在欧洲的求学时光，Shakti博士接着说道：“那个课程的学生来自非洲、东亚和南亚等多个国家。这段经历很有挑战性，也非常宝贵，为深入研究水文模型提供了绝佳机会，尤其是我在那里第一次分析了一些历史事件的雷达降雨数据，这是一个相当新颖的课题。”

在欧洲深造之后，由于个人原因，Shakti回到了家乡，正是在这个时候，他偶然接触到了一些有关日本应用雷达进行降雨观测的论文。“这在很大程度上影响了我对这一领域的兴趣。”尽管从儿时起，Shakti就知道日本这个国家，但直到他来到日本后，才意识到尼泊尔与日本有许多地质上的相似之处，都有着山地覆盖（尼泊尔为75%，日本为73%）以及相似的气候和灾害现象。通过论文，他第一次知道了牧雅之教授，这位教授对他日后的研究生涯产生了深远的影响。

“牧雅之教授是气象雷达观测和雷达气象学的关键人物。他的论文和创新成果激发了我的兴趣，所以我主动联系了牧教授。”Shakti与当时在NIED担任水及砂石研究部门负责人兼筑波大学教授的牧雅之先生取得了联系。几番交谈之后，Shakti决定去日本攻读博士学位，并于2010年来到了日本。“最近在城市地区监测引发城市内涝的局部暴雨时，利用可操作X波段极化气象雷达进行监测的做法迅速扩大。但在山地地区则由于海拔较高且地形复杂，对降水量的估计仍然存在挑战。日本整体是一个多山地的国家，约80%的土地都被山地覆盖。在这些山地地区，雷达波束阻塞的概率较高。由于日本的这一地理特点，这是一个很重要的问题，在与牧雅之教授讨论之后，我决定将其作为我的博士研究重点。”

Shakti博士表示，在欧洲，最广泛用于降雨测量的雷达是C波段雷达（频率范围为4～8GHz）。这是因为C波段雷达的长波长能够穿透更多的降水和物体，在地势平坦和山地较少地区的条件下效果良好。然而，他发现在日本，这种频率的雷达无法满足需要，因为在日本降雨通常非常猛烈而密集，雷达会受到部分波束阻塞的影响，这是山区最常见的问题，会导致反射偏差从而引起误差。

这成为Shakti博士研究的目标，他发表了题为《利用X波段双偏振雷达估计山区降雨量》的论文，深入探讨了X波段雷达（8～12GHz）的应用，因为这一频段的雷达更适合日本的环境条件。这是因为X波段雷达具有比C波段雷达更高的频率，因此更适合检测较小的物体，创建更详细的图像，从而获得更详细的气象系统视图，在日本的地理环境中获得效果更好的检测。

NIED总部位于日本筑波市，就在Shakti获得博士学位的大学附近。

在研究过程中，Shakti博士获准使用NIED的设施，并与NIED的研究人员合作取得数据开展研究。“我与NIED的研究人员关系密切，特别是在我的研究方向方面开发新方法的水及砂石研究部门成员。在我博士研究接近尾声的时候，NIED为名为TOMACS（东京大都市区强降水极端天气抗灾城市研究）的重大国际项目提供了为期两年的合同职位。我很幸运入选了该项目。”Shakti博士的主要任务是降雨“短临预报”，即对一个非常短的时间段（例如在一个小时）内的降雨进行估计，而气象预报覆盖的时间段通常更长。由于这一项目，他与来自不同国家的许多重要科研人员展开合作，并前往澳大利亚与澳大利亚气象局共同开展了为期约一个月的科研活动。他的工作受到了高度赞赏，因为他首次在日本引入了降水短临集合预报技术。

自那以后，Shakti博士便留在NIED参与各项工作，包括由日本政府主导的以强韧的防灾减灾为主题的“战略创新促进计划”（SIP）。

尼泊尔的童年经历，欧洲的留学历程，再到如今的NIED正式研究员，Shakti博士充分利用了国际研究流动性的力量，其中的国际经验则为他的研究工作提供了很大帮助。自2013年加入NIED以来，Shakti博士参与了多个项目，今年他已荣升为主任研究员，继续充满热情地研究水文学和气象学。

对气象灾害问题极有见地

Shakti博士在NIED的研究成果斐然。目前他已在国内和国际期刊上发表了29篇论文，其中22篇是他作为第一作者发表的。这些研究的主题集中在与气象有关的灾害问题上，对于增进对气象关联灾害的理解以及灾害预防和应对措施的改进具有重要意义。

Shakti博士的第一个课题为山区雷达定量降水估算（QPE），其中很大一部分工作集中在矫正部分波束阻塞导致的反射率问题上。“这项研究的重要成果之一是开发了‘修正DEM方法’，矫正了由于部分波束阻塞而导致的反射率偏差，是使用日本一家私营公司提供的观测数据进行的。”Shakti博士回忆道。“随后，我参与了日本关东地区的暴雨气象雷达研究，我相信我可以继续为该领域的创新发展做出贡献。”

NIED致力于推动建设一个对自然灾害具有抗灾韧性的社会，Shakti博士的研究与其有着非常重要的联系。日本近年来经历了多次强降雨事件，这些事件诱发的洪灾所造成的影响正是他研究的主题。其中包括鬼怒川、小田川和久慈川等地的洪灾，以及2020年九州地区的洪灾，这些灾害进一步突显了Shakti博士的研究在应对和减轻洪水灾害方面的重要性。

Shakti博士愉快地与我们分享了他的一些研究成果。比如，他采用全新的跨学科方法，带来了广泛的发展。特别值得注意的是，通过他的研究成果开发出了洪水淹没范围制图工具。他提出了一种精确提取河流几何形状的新方法，并开发了洪水淹没范围的绘制方法。这些工具和方法可以帮助人们精确估算洪水的淹没范围，有助于应对洪水灾害。

Shakti博士还在日本学术振兴会（JSPS）资助的项目中担任首席研究员，并提出了一种利用Hi-net数据（全国高灵敏度地震仪网络）来识别洪灾发生时间和峰值流量的新技术。包括山区在内，日本各地已建设成逾800个站点进行密集的地震观测。Shakti博士从这些地震学观测数据中提取噪音，进行了水文模拟。然后，他对地震噪音和水文数据做了对比，发现如果相关性良好，那么地震噪音可以直接转化为水位或降水流量数据。这些信息可以在洪水事件中加以利用。通过远程分析山区的地震数据（通常人们无法直接进入这些地区），可以对下游的洪水情况进行预测。这类信息对于保护人类生命和财产至关重要。这是他开展跨学科研究，特别是与NIED地震部门合作形成的原创性思路。

NIED在日本各地设有多个观测站，用于各种研究项目（图中LED灯代表关东和中部地区的观测站点）。这便是Shakti博士在研究中使用的“Hi-net”网络。

为更详细了解他的研究，我们请他谈谈过去发表过的两篇论文。他首先提到的是《利用可操作气象雷达进行定量降水估算的准确性：以2015年9月9日至10日日本关东地区的强降雨为例》。这项研究重点分析使用部分波束阻塞雷达波束进行估算的精度，为减小和控制由突发性洪水引发的损害提供了极其有用的信息。由于这是一项非常重要的成就，Shakti荣获了日本水文水资源学会（JSHWR）的优秀青年作者论文奖。他表示：“能够获得这一奖项我倍感荣幸，也让我决心继续推进研究。”

他的第二个研究成果是题为《洪水淹没的快速暴露评估：以日本熊本县人吉市的洪灾为例》的论文。这项研究是针对前面提到的九州洪灾开展的，对于协助应急响应和评估暴雨和洪灾的社会经济影响非常重要。Shakti介绍说，在这项研究中开发的洪水淹没范围制图工具，其想法源自社交媒体，“如果发生洪灾，公众中的某人拍照并在社交媒体上发布，我们就可以利用这些信息，追踪并找到发生洪灾的位置。并以此制作淹没地图，然后与公众分享。”我们期待看到Shakti博士进一步的研究成果。

NIED拥有许多专业的研究设施，其中包括大型降雨模拟设施。该设施可以模拟高达300毫米/小时的降雨（点击图片，观看降雨视频）

国际人才环流在灾害研究中的作用

关于国际研究人才环流的重要性，Shakti博士便是一个优秀典范。从尼泊尔到欧洲，再到如今在日本的正式职位，他的国际经历使他有机会体验到与水相关的灾害研究的各种方法。从在欧洲体验使用C波段雷达，到将X波段应用于他在日本的研究，再到他最近开发的洪水淹没范围制图工具，可见国际人才环流的经历对他产生了重要的影响。

特别是在他的研究领域，虽然不同地区尚有差异，但在全球范围内都具有很强的适用性。Shakti博士表示“从近年来极端降雨和洪灾的趋势来看，亚洲受到了重大影响。极端降雨和洪灾在日本、中国、韩国和印度的许多地区都很常见，影响数百万人的生活。该地区的任何创新都不仅适用于亚太地区，也适用于全球其他地区”。

对于Shakti博士而言，研究环境的国际化意味着与国际社区合作，促进思想交流和拓展研究的机会。研究人员及思考的交流有望为Shakti博士的研究领域带来重大进展。“在拥有的自然灾害科学观测和历史数据方面，日本处于前沿地位，任何创新性研究成果均可在国际范围内获得应用。”Shakti博士曾在国际会议和国际大学上发表演讲，以分享他的发现，并积极寻找更多的全球协作和信息共享机会。

我们请Shakti博士分享了他对尼泊尔、比利时和日本研究环境差异的洞见。他表示：“在与水相关的灾害方面，由于日本和尼泊尔相似的地理特点，所面临的问题也非常相似。当然，日本使用的技术和科学设备更为先进。而在比利时，这些问题似乎较少出现，但比利时和德国的强降雨和洪灾也有增多趋势。” 他还提到了使用不同类型的雷达在水文领域开展研究的重要性。日本拥有超过35个X波段雷达站，而在比利时更常见的则是C波段雷达。他最后强调，由于上述三个国家在气象灾害方面面临的问题具有共性，因此应该鼓励信息交流，并分享每个国家的创新成果，以促进抗灾韧性社会的发展。尤其是由于日本和尼泊尔之间具有地理相似性，他认为可以在两国之间进行更多的技术交流或转让，他还就此主题发表了一篇研究论文。

在谈及为何选择日本作为研究基地时，Shakti博士给出了三大理由。“首先，日本致力于开展先进和密集的观测实践。其次，日本出现极端降雨及其相关的洪灾的频率越来越高，使得这一领域的研究变得日益重要。最后，研究环境本身很支持研究工作，据自己10年来的观察，日本政府积极支持和推动研究人员在该国开展研究工作。”他还赞扬了NIED作为国立研究机构，不仅为他的研究提供了便利，还具有国际共享高标准实验设施的潜力，包括世界上最大的大规模降雨模拟设施，就是这一系列实验设施之一。“稍后你们会参观大规模降雨模拟设施。利用这个设施，可以进行最大约300毫米/小时的人工降雨的各种实验，例如再现山体滑坡，检验雷达和自动驾驶在暴雨条件下的性能等。这样的研究基础设施应该更多地向外界推介，以吸引更多的国际研究人员来日本进行研究或交流。数据的可用性和研究设施是日本吸引更多人才及成为国际研究中心的关键。我认为在宣传和交流方面，日本仍存在可以做得更好的空间。”

牧雅之教授也是让Shakti博士留在日本的重要原因，Shakti博士将自己取得的成绩的很大一部分成功归功于他的导师以及在筑波大学期间从牧雅之教授夫妇那里得到的极大帮助。“他们像父母一样照顾我，支持和鼓励我。我很尊敬他们，能够有他们作为我在日本的保证人，我认为自己非常幸运。”这种师生之间的深厚情谊和支持是科研工作中非常宝贵的资源。

Shakti博士是国际人才环流为日本研究带来助益的出色典范，展望未来，他希望能为自己的领域进一步做出贡献。为实现这一目标，他发起了一个以国际合作为重点的跨学科研究项目，我们期待这一项目会产生具有重要影响力的成果。

Shakti博士和采访人樋口义广/JST参事（全球战略事务总监）

未来的目标以及给研究人员的建议

我们请Shakti博士为希望从事抗灾韧性领域研究或在日本生活和工作的研究人员提供一些建议时，Shakti博士给出了一些建议。“自然灾害在全球范围内存在，但它们在各国的影响不同。由于地质特征、以及拥有长期推动高质量研究和收集丰富数据的历史，日本在这一领域独具优势。”他强调日本在该领域的研究环境非常适合希望进行高度创新、一流研究的外国研究人员，无论其领域是抗灾韧性还是其他领域。

随着气候的不断变化及暴雨和洪灾的频繁增加，Shakti博士预计，抗灾韧性研究将变得更为重要。作为其中的一分子，他希望参与新数据的开发，并利用数字孪生技术，来增强城市和基础设施的洪水韧性。他对这一领域的热情和开发创新技术的愿望表现得非常强烈：“数字孪生技术在呈现、可视化和比较不同地区以及应对洪灾的选项或对策方面能够发挥关键作用。”

NIED鼓励其研究人员开发产品，并将研究成果应用于社会。Shakti博士表示：“今年，我和同事们申请了一个专利，让我们拭目以待吧。不过大多数时候，我会专注于研究论文，因为这样可以更快地分享研究成果。”Shakti博士还计划组织亚太地区的国际研讨会和会议，希望日本能够成为抗灾韧性研究的中心。

关于促进外国研究人员来日本方面存在的问题，Shakti博士回答到：“我当然建议来日本，我自己就是一个很好的例子。但我认为有些政策，包括涉及研究人员招聘的政策需要有一些改进。政府需要考虑如何制定新的政策来接纳外国的研究人员，以及如何修改现有政策。”Shakti博士继续说道：“在日本，有许多从国外来的博士生。不过一旦学业完成，其中的大多数人都回到了自己的国家。如果想吸引这些博士生留在日本从事研究工作，就需要有良好的政策来接纳他们留下。政策应该转化为具体行动。当然有时这并不容易。”

“每位研究人员都有自己的动机。有时他们的重点可能是金钱、周围环境或其他方面。我的优先考量是能够在清静的工作环境中做好研究。如果我能进行高质量的研究并开发出适用于各种社会的有效方法，那么我在任何地方工作都会更容易。我认为自己很幸运，因为我觉得一切都进展得很顺利，我在NIED期间，没有遇到任何困难或问题。我对部门同事、管理委员会和NIED其他工作人员对我的支持表示感谢。”

“如果像我这样的在日本的成功案例能够介绍给更年轻的研究人员，将会对研究人员是一种鼓舞。这种宣传对吸引人才而言很重要。应该让更多的人知晓日本有很好的工作机会。”Shakti博士分享了自己的一个想法：“有时候，我会想要制作一部关于自己经历的纪录片。例如，录制一段从尼泊尔到比利时再到日本的视频采访，展示我的奋斗历程，我的学习、家庭生活和研究工作，这可能会很有意义。这种基于事实证据的叙事，展现给世界各地的年轻人，能够增加日本的吸引力，成为促使他们来日本从事研究的动力。”

从儿时趟过家乡小河去上学，到为追求创新性研究成果而跨洋越海，Shakti博士是国际人才环流促进创新研究成果的极好示例。他利用自己在尼泊尔的亲身体验，在比利时分析雷达降雨数据和水文模型方面的实践，以及在NIED作为研究员工作10年的经验，为水相关灾害研究提出了宝贵的见解。作为在日本工作的研究人员，Shakti博士正在致力于利用技术的创新应用来促进实现具有抗灾韧性的社会，让我们期待他的下一个研究成果。

（2023年7月19日采访于筑波市NIED）
采访人：JST全球战略事务总监樋口义广
编辑：Science Japan主编 Matthew Drum