张学文-《去新疆，到祖国最需要的地方去》50年代人物--13
2025张学文注：本文来《自去新疆到祖国最需要的地方去》一书（新疆人民出版社 2009），这里是该书的第13个人物介绍。遗憾的是我没有第12位人物严容良的文稿的电子版，故这里就缺了第12号的严容良的介绍
张学文 回族，1935年出生在天津，1953年考入北京大学物理系。1957年毕业，到新疆气象局工作。他在当气象预报员的工作中，不满足于传统预报天气的“外推法”，提出了“变高图”的数值预报。
50年来张学文进行了“新疆的水分循环和水分平衡”的研究，他将信息论应用于气象预告，他率先推进气象观测数据处理的现代化，创立气象学新分支——熵气象学，创造性地提出了新的理论框架——组成论。人们称他为新疆气象界的“风云骄子”。
风 云 骄 子
——记气象学家张学文
政治生命中戏剧性遭遇
张学文是不幸的，又是幸运的。命运之神往往玉成那些经历不幸的人有幸获得成功。
1935年早春，张学文出生在天津一户回族平民家庭。他中学时代开始博览群书，顾钧正著的科普读物《从原子时代到海洋时代》，这本书改变了他对命运的选择，科学成了他的第一兴趣。牛顿、爱因斯坦等科学巨匠，影响着张学文，年轻的他也渴望在科学的海洋里，找到一个多彩的贝壳。张学文从旧货摊上买回洋人留下的化学药品和凸透镜，请铁匠师傅为他做了个显微镜，在家做起试验来,随后写出了他的第一篇论文《论高温极限》。这篇文章从爱因斯坦的光速为物质速度的极限,论述了分子温度与速度的关系,从而得出温度也有上限的结论。此举在张学文所读的学校引起轰动。
在中学学习的张学文，发誓要考上名牌大学物理系,弄懂爱因斯坦的理论。1953年,他向自己的目标迈进了一大步——考入北京大学物理系。大学二年级的时候,他自学逻辑学，弄出个“公理化体系”；大学三年级的时候,他把科学规律分成了“基本法则”和“从属法则”两大类；到四年级的时候,他又写成了有关人口问题的论文……
正当张学文踌躇满志奋发向上的时候，“反右”运动席卷全国，张学文这位北京大学校足球队前卫、三好学生、班长，只专心学习，不懂得政治气候的人,不知道从哪儿来的一股政治热情，竟在一夜间写出了四张“大字报”,其结局可想而知，他的毕业鉴定，被组织写上“丧失立场，同情‘右派’”,留团察看一年的结论。22岁的张学文，被给予的处分，毕业时，他决定远离这个是非之地，到大漠新疆去。
1957年秋,经过十天的颠簸,张学文来到了乌鲁木齐这个陌生的边塞城市。尽管这里秋阳明媚，瓜果飘香，然而他却没有心情去欣赏。1958年初,北京大学团委的一封来信，把对张学文的处分升格为“右派”，并开除团籍。这个决定，对张学文无异是当头一棒，本想到边疆，远离是非之地，没有想到“是非”仍然跟着他，他百思不得其解,孩子般地在床上蒙头大哭,甚至对人生产生了绝望的念头。这年秋天,单位领导不知出于什么原因，又突然宣布：张学文不是右派。随着帽子的摘除，张学文从消沉的情感沼泽中走了出来。天山南北辽阔的土地和异乡善良的人民在感召着他。初创的新疆气象事业在吸引着他。他把一腔热情倾注到揭示新疆大自然的奥秘中。
天气预报员是他创新工作的开始
张学文的创新是从20世纪50年代末期开始的，这时候他当了新疆维吾尔自治区气象台天气预报员。当时，世界通行的短期天气预报方法是半理论、半经验的天气图方法，报准天气形势的演变过程，是报准天气现象变化的前提和基础，这种预报天气的办法叫“外推法”，它是预报员预报天气形势演变的“看家法宝”。开始张学文也是这么做的，但他比别人高明的一点，就是不满足于主观“外推”的现状，开始思考“外推法”为什么能够经常取得成功？1959年,才工作两年的他,经过数学推导，揭示出“变高（通常指500hPa等压面图上高度场24小时的变化）保守性”现象，随之根据他的方法，自治区气象台增加了一张北京时08点500hPa24小时变高图，并试作图解法预报图，这个方法受到预报员普遍欢迎，这是全国最早的数值预报,与国外同时期的图解数值预报相比,方法简单得多,效果却一样。“变高图”成功地应用了20多年，直到预报员能够普遍熟练地应用欧洲中期数值预报产品才结束了它的历史使命。
不久，张学文转到新成立的中、长期预报组后，对苏联的自然天气周期、自然天气季节的中、长期预报方法作了新引申、新应用：以500hPa锋区（特征等高线）的演变动态为主要依据，并以第一自然天气区为主来划分天气周期，同时，还根据实践经验，与其他同志一起提出以5～6个周期为单位的、平均时间长度为30天左右的“综合周期”概念。根据对周期平均图的分析，综合周期主要分为纬向型和经向型，而经向型又分为稳定长波类和移动长波类，后者又细分为东移和西退两种。综合周期概念的提出和应用，对分析和预报候、旬、月尺度天气过程是很有意义的。而候、旬、月尺度天气过程的演变又都有其特定的“气候背景”。他在气候分析中，他提出了新疆划分四季的指标和四季天气气候特征，以及用树木年轮分析气候变化，用辐射量计算蒸发能力等方法，这些早期的创新，对提高当时的天气分析与预报水平以及进行气候科研工作起到了重要作用。
在气象学研究上的五项创新成果
1961年底，张学文调到自治区气象科学研究所天气研究室，担当起“职业研究者”的光荣使命。他的研究视野也悄然发生了变化，从仅仅面向新疆气象业务技术，进一步拓展为直接面向新疆经济建设和气象科技进步，在从事应用研究的同时，还进行“自选”型和定向型基础研究以及技术开发研究，从而赢得了更大的创新空间，取得几项重大的突破性的创新成果。
一、率先开展了“新疆的水分循环和水分平衡”的研究
20世纪50～60年代，冰川学家断言，新疆的河水源于冰雪消融，新疆的农业主要靠山上的雪水灌溉，当时这种观点几乎占统治地位。照这种观点推论下去，那么冰雪化完了，新疆的水资源就会枯竭，新疆的农业就难以存续。
他认为，必须科学地回答：新疆的河水究竟源于冰雪还是源于自然降水？
20世纪60年代初，张学文自学水文学、冰川学、地质学,并查阅大量的文献资料，还骑自行车到水文局请教有关专家，借来求积仪,根据降水资料，画出新疆降水分布图，测算新疆的一年降水总量，然后综合各方面的资料，进行分析计算，对新疆各种水源的来龙去脉做出定量分析。
通过定量计算，他得到新疆年均降水量2400亿吨这一重要降水总资源数据。40多年来，虽然补充了很多资料，但计算结果仍然与此数相差无几。这年均降水量中，占新疆总面积40%的山区约占总降水量的85%，约为2040亿吨，而年均地表径流量仅约有900亿立方米。这一数字表明：山区降水量远大于河水流量；自然降水才是新疆的根本水源；冰川和永久积雪是地形与气候的产物，它们是水分循环过程中的一个环节；高山上的冰川和积雪就像天然的固体水库,它在水分的跨年度和跨季节的大循环中起到了很好的调节作用。但水源枯竭论是“杞人忧天”，是没有根据的。于是,他力排众议,明明白白地告诉人们：新疆河水的根本来源不是冰雪,而是山区降水。
此后，张学文不断深化自己的认识，积累了更多的资料。经过反复研究，他发现新疆每吨水的经济产值仅是全国平均产值的1/4。这说明新疆在农业用水方面浪费太大，而潜力却很大。他在20世纪70年代向自治区政府提出自己的看法：衡量新疆农业水平高低，最核心的指标是每方水的产值，而不是每亩地的产值。新疆每年的农业用水大约是450亿吨，如果像其他省一样,每方水能换来一元的产值,那么新疆每年仅农产值就可达到450亿亿元。这是一个多么诱人的数字啊！他的意见连同他的计算结果，受到新疆维吾尔自治区领导的高度重视,这些计算结果和意见30多年来一直被政府有关部门引用。南京大学教授幺枕生称之为：“全国水分循环研究的样板。”
气象研究所的气象专家去搞水研究，这在当时就是一项创举。他提出的新观点和取得的新成果，被40年的实践证明是十分重要和正确的，并逐渐成为新疆科技界的共识，为各级领导和有关部门关于合理开发利用水资源决策，提供了重要的科学依据。
1978年,他参加的“新疆大型天气过程的研究”科研课题,受到全国科学大会奖励。同年，他研制的“单站天气预告仪”及他参与研究的《新疆气候及其与农业的关系》，双双获新疆维吾尔自治区科学大会奖励。
1987年春,原国务委员、国家科委主任宋健在国家气候委员会成立大会上讲话,对新疆的水资源给予了极大的关注。5月14日，张学文给宋健写信，表明了自己的观点，并随信寄去了一篇关于水资源方面的论文。很快，鸿雁越过千山万水，捎来了宋健的回音。
张学文久久地看着信,心头隐隐涌起不安的波澜。他感到有一种压力,他从来也没有像现在这样如此深刻地感受到自己肩负责任的重大。他意识到,作为一名气象科技工作者,应该紧密结合工农业生产实际进行科研,促进气象科技进入经济建设的主战场,为新疆乃至国家的发展战略出谋划策。1989年他参与主持研究的“新疆水资源及其承载能力和开发战略对策”获新疆维吾尔自治区人民政府科技进步二等奖。
张学文从事科研的一个明显特点，就是从新疆的经济建设、社会发展和气象科技发展的实际中寻找课题，有独创性地分析、解决问题。
二、率先将信息论应用于气象预告
20世纪60年代后期，对“文化大革命”已经从厌倦而进入麻木状态的张学文，在一个偶然的机会，买到一本对他有重要影响的书，即苏联学者雅格洛姆写的《概率与信息》的中译本。他开始自学、钻研信息和熵理论，学习的结果使他从“文化大革命”的混沌世界进入“信息和熵”的忘我境界。从此，张学文踏上了学习、认识、掌握和应用信息与熵理论的漫长而艰辛的道路。
20世纪70年代，张学文把信息论用于分析气象预报问题：把气候变化的大小和天气预报任务的大小问题，科学地概括为信息熵的大小问题，指出天气预报员制作预报的过程，实质上是在进行信息的加工、转换；从信息变换不能使信息增殖的原理出发，揭示了对不含预报信息的预报因子的任何数学加工，都不可能使它提供预报信息；指出提高气象预报准确率的有效途径，是增加预报信息，提高信息传输速度，提高信息加工、转换水平和能力，以减少预报信息量的耗损和避免浪费宝贵的信息资源。事实上，这为上世纪80年代气象部门，急速解决通信和计算机两大制约气象科技发展的“瓶颈”问题，提供了理论依据。这培育了气象科技发展新的生长点。1981年，科学出版社出版了他的专著《气象预告问题的信息分析》。
三、率先推进气象观测数据处理的现代化
长期以来,气象观测工作一直沿袭着单调而又烦琐的作业方式。观测、查表换算，往往要经过很多道工序。不仅费时费力,还会出现人为的误差。20世纪80年代初，世界上出现了可以编程序的计算器，张学文敏锐地看到它在气象观测上的应用潜力，认为可以用它来推进全国气象观测业务的现代化。他满腔热情地投身于这个影响面很大的工作中，先后主持编写了探空、测风、地面观测和日射程序，并汇编成袖珍计算器上的气象观测程序集。他们开发的软件令人十分满意。用可编程计算器代替气象观测员人工查表、点图、计算、编报的梦想变成了现实。张学文现场演示、解说,令在场的人大吃一惊。人们不能不相信这个事实：小小的计算器不仅代替人工计算、编报,而且速度快、精度高,深受观测员的青睐。很快,这项成果通过了专家鉴定。在新疆气象局的大力支持下，组织对PC-1500计算器软硬件的开发，许多成果居全国领先地位，并很快在全国一些省（市、区）气象部门得到推广应用，在全国袖珍计算机界也有较高声誉。国务院有关专业机构负责人，还到新疆气象局考察，对这项开拓性工作给予了充分肯定和高度评价。这不仅推进了我国气象观测现代化步伐，还开拓了气象科技发展的新方向、新领域，也推动了社会对计算机的广泛应用。
1984年，他作为“计算器高探空气象观测程序”主要参加者，获得了新疆维吾尔自治区人民政府科技进步四等奖。1985年他参与研制的“PC-1500气象探空程序系列及其推广应用”，获国家气象局科技进步三等奖,同年他参与研究的“PC-1500机与微机联机技术”、“PC-1500袖珍机内存扩充技术”和他主持研究的“袖珍机的引进决策及推广应用”,分别获新疆维吾尔自治区气象局科技进步三等奖和二等奖。
四、创立气象学新分支——熵气象学
在自然科学界，自R.Clausius（克劳修斯）于1854年使用“熵”这一概念，100多年来它已被广泛应用于几乎所有科学领域，正如著名的A.Einstein（爱因斯坦）所说：“熵理论，对于整个科学来说是第一法则。”凡是学过普通物理的都知道熵和热力学第二定律，看来，熵理论是“很成熟”了。尽管如此，熵在气象领域仍无人应用。20世纪80年代张学文提出：熵在气象领域究竟是什么？熵理论能否应用于气象领域？怎么应用？经过钻研和科学论证，他指出：熵就是状态复杂（丰富）程度；无序与复杂是两个概念；生物进化也是熵的加大。他进而又把统计物理中的分布函数、热力学第二定律与信息论中的最大熵原理贯通，并且用于降水分析。他把统计力学方法，用于研究一场降水在面积上的分布和一场雨在测站上的雨强分布。这不仅为水文学中的降水时面深问题找到了理论依据，也为分布函数的概念渗入气象学给出了新事例，并创造性地提出了降水统计力学这一新概念。
他和同事们用大量的资料证实：最大熵原理，可以有效地用于许多气象问题的分析中。这就促使他发展了分布函数概念，发现了一批气象要素的分布函数是指数分布或者是其他的解析函数。这些概念和知识，对气象学来说是创新性的，也是系统性的，充分显示了基础研究的基本特征。张学文、马力的合著《熵气象学》（北京，气象出版社，1992年），为气象学开拓、建立了一个新的理论分支。
20世纪90年代，他用最大熵原理推导出气象学中一个新的基本方程——大气密度方程，还把统计物理学中热扩散理论移植到气象上，得出水气相对运动方程。
他还为宣传熵理论知识和拓展新的研究领域，做了很多有意义的工作。其中，值得称道的一件事是，他1987年，在有关部门的大力支持下，发起召开了“全国熵与交叉科学研讨会”，成立了“全国熵与交叉科学专业委员会”，发展成为中国自然辩证法研究会的一个二级学会，促进了我国科学事业的发展。另外，他还提出了盆地气象学和空中水文学两个研究方向。
五、创造性地提出了新的理论框架——组成论
美国著名学者J?郾Rifkin（里夫金）称誉熵理论将成为21世纪文明观的基础。张学文对熵概念、熵理论在气象学中的应用，作了深入研究后，必然地要走向探索熵理论的哲学意义，挖掘熵理论在自然科学、社会科学的广阔领域中应用的巨大潜力，综合地阐述应用途径与方法，进而设想搭建某种新的知识框架。据此，张学文退休后自费出版了新著《组成论》（2003年12月由中国科学技术大学出版社）。《组成论》就是用新视角来讨论自然和社会科学问题，综合地、横向地分析事物，为各个领域的科学研究提供一种共同的描述组成问题的模型、方法、技术、原理。“组成论”的三块基石是广义集合概念、分布函数概念和复杂程度概念。“广义集合”在描述很多组成问题时简单有效。每个明确的广义集合必然伴有一个具体的“分布函数”。对分布函数的一种运算（类似求平均值）就得到一个数值，它恰好描述广义集合（研究对象）的内部状态（组成、构成、成分）的“复杂（丰富）程度”。这是一系列综合性的新概念，是一个系统的新的理论框架。
张学文指出：客观事物（系统、总体）的内部组成（构成、成分）问题，普遍存在于很多事物之中，对组成问题的一般规律性的研究很有必要，组成论是很多知识的一个新的很好的汇集点。
张学文的“组成论”能否成功地、有效地指导人们的科研实践，还有待实践的检验，但他直到1998年退休后，仍在孜孜不倦、苦苦探索新问题。
张学文在气象工作中取得了令人触目的成就，使他成为新疆气象界的“风云骄子”。相信张学文对“组成论”的研究，会取得成功，他的研究也一定会换来更多人的关心，结出更丰硕的成果。
（根据《北大人在新疆》整理）
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