在政治挂帅闭关锁国时期搞科研

《创新话旧》第6章（1）

 

 

温景嵩

南开大学 西南村 69楼 1门 401号

（2007年11月5日 于南开园）

 

 

 

 

 

第六章 创新点（5）── 我的第一个理论创新

 

6．1 初入科学殿堂

 

6．1．1 时值1957年反右之后

 

从本章起，我们将把回顾往事的镜头转向更遥远的年代。那是在半个世纪前，1957年秋，我从北京大学物理系气象专业毕业，被分配到我国气象事业中的科学殿堂──中国科学院大气物理研究所。当时它还不是一个独立的研究所，只是老地球物理研究所的一个研究室──第二研究室，简称二室。它在66年“文革”时才从地球所独立出来。记得当时二室只有两个组，一个研究天气动力学，一个研究气候学。我被分配到天气动力学研究组。时值1957年反右之后，这对我们这一届大学毕业同学产生了巨大而深远的影响。我们到天气组领导人叶笃正先生那里报到以后，便马上被下放到北京郊区农村行集寺大队去劳动锻炼，从而开创了一个过去从来没有的先例。大学毕业生分配到科研院所后，不是马上投入到科研工作中去，而是要下放劳动锻炼。我们的工资还降了一级，56届的大学生报到后的工资是每月62元，第一年试用期为56元。从我们57届开始试用期工资降为42元，说这是新制度，等我们转正以后才能拿56元，而这是56届试用期的工资标准。从此56与57届之间形成一条鸿沟。职称、工资等等的晋升提级都以此为界，只提到56届，轮不到我们。因而57届就成了倒霉的一届，就这样直到打倒“四人帮”。1978年迎来了科学的春天，国家召开第一届全国科学大会时，我因在科研上曾做出了本章将要谈到的成果，而被选为安徽省出席这次盛会的正式代表，但是职称仍然是初级职称──研究实习员。在北京的大会会务组报到时，我如实填了我当时的职称，可能“研究实习员”的职称实在太说不过去了，一个已经工作了二十多年，而且在科学上已做出贡献的人，居然还是个实习员，于是被大会会务组工作人员大笔一挥给改成技术员。其实技术员也是工程技术人员的初级职称，只不过听起来似乎比实习员好听一些。后来才知道研究系列的研究实习员相当于工程技术系列的助理工程师，比技术员还高一个档次，它相当于大学的助教。

 

6．1．2 下乡与上山

 

当1957年我们下放劳动时，在时间长短上没有限制。我们被告知，要作好长期劳动的打算，不要老想着什么时候回科学院，这不利于我们的思想改造。可实际上不到一年就起了变化，把我们召回了地球所。原来那时正赶上“大跃进”，要大家“破除迷信，解放思想”，要“敢想敢干”，要大家“树雄心，立壮志”。于是当时老地球所二室的气候组提出了一个宏伟规划,要“改造西北干旱气候”，措施是“开源节流”。“开源”又分两个方面，一是到祁连山冰川上去搞融冰化雪，一是搞人工降水。“节流”则是到水库去进行抑制蒸发试验。气候组人手少，人力不够，于是天气组的领导叶笃正先生就提出天气组要大力支援气候组。我们这批下放劳动锻炼一年的大学毕业生就从农村抽回来，支援到气候组，在朱岗崐和高由禧两位先生的领导下，男的参加祁连山高山冰川的黑化融冰化雪工作，女的则参加水库的抑制蒸发工作。就这样人手还不够，于是叶笃正和顾震潮两位先生又从天气组原有人马中抽出些人，在他们两位先生的亲自领导下，担负起人工降水工作。于是一个轰轰烈烈的“改造西北干旱气候”的宏伟运动就在老地球所二室展开了，这个工作得到了中央有关部门和甘肃省委的大力支持，省委书记张仲良高兴地对当时的地球所老所长赵九章说，龙王爷来了。

然而实践证明，“改造气候”的口号提得太高了，不切实际。“龙王爷”只存在于人们的神话世界中，在现实世界中并不存在。就我当时所参加的祁连山高山冰川融冰化雪的工作而言，第一年，在高山冰川上进行的小面积黑化冰川以加速融冰化雪试验还可以，以碳黑黑化冰川的效率为最高。但第二年大面积大范围推广时就出现了问题。高山冰川路途险阻，无路可通。加之高山缺氧，人们易患高山反应症。通常，这只是高山登山队经过特殊训练，有特殊装备的少数运动员干的事。因此不可能期待从陆路解决黑化冰川的技术问题。使用飞机在空中撒播碳黑是一种可能方案。但高山地区是飞行禁区，一般飞行条令禁止在高山山区作低空作业飞行，飞机必须保持在峰顶以上600米高度。因此，只能做成碳黑炸弹、煤粉炸弹来进行高空投弹黑化，在这方面我们也进行过摸索，不幸也未成功。因此，第二年大面积大范围推广时，只能依靠地方党委，地方政府，组织动员群众上山。用土办法来解决问题。而一般群众由于山路险阻，还由于高山缺氧，高山反应使人极易疲劳，头晕甚至呕吐，能把自己个人所需的给养背上山来，已经够呛了，不可能再把正规的黑化材料背上冰川。于是原来的设想用碳黑黑化冰川，到实践中就变成了“就地取材”，即把冰川两侧山坡上的冰积石、冰积土铲运到冰川上来，以促进冰雪融化。这当然效率十分低下，头一年我们在冰川上做小实验时也用过，不起什么作用。于是在参加这项工作的科研人员中产生了相当悲观失望的情绪。但是带领农民群众上山的地方党政干部并不悲观，他们想出了一种在冰川表面上开沟以加速冰雪融化的办法。这办法看起来果然有效，人们能够看到水在冰沟里哗哗流淌。但是这究竟是自然消融下来的水呢，还是沟渠起到的效果。即使这里面有一部分是开沟引起的效果，但这部分究竟有多少，如何计算？能把在冰沟中的流水全部算在开沟的效果上吗？于是，在科研人员中引发了一场争论，并且很快在科研人员和地方党政领导中产生了对立情绪，几乎要闹到人家要把你打成右派的地步。这时朱岗崐先生从山下赶了上来，他严肃地批评了我们，要我们马上纠正这股悲观情绪，不准再和地方领导顶牛，要放下架子，虚心地服从领导，积极投身于当地群众在冰川上开沟引水运动中来。问题就这样强行政治解决了。但是科学问题效果计算问题并未解决。加以当时是1959年的春天，甘肃地方的三年困难时期已经开始，人们吃饭已成问题。大规模群众上山，不但没有特殊的高山给养，以保持人们的旺盛的体力，用以克服高山反应症，反而连平时在平原上日常可以吃到的干粮也吃不到了，只能三顿都喝稀粥。这困难可想而知。随后在高山冰川上发生了冻死人、饿死人的事。等工作结束，夏季已经到来，冰川的自然消融量已很大，我们就下山进行总结去了。在总结中，我们指出黑化冰川以融冰化雪的艰巨性，但同时也指出，为解决春旱农耕缺水问题，动员部分群众，不是上高山上去加速冰川融化，而是到高山脚下的季节性封冻河流上去加速消融，还是一种可行的办法。打倒“四人帮”后，记得有一次（可能在80年代）在报上看到西北地区农民继续使用这办法来解决当地春耕缺水问题，可能这就是我们那时留传下的办法。为此，我心中感到十分高兴。

 

6．2 转折

 

6．2．1 《十四条》的到来

 

我感觉甘肃的三年困难好像走在了全国的前面。不久，就成了全国规模的大问题，针对这个形势中央进行了调整。“大跃进”，“敢想敢干”的口号不见了，取而代之是新的“调整、巩固、充实、提高”的八字方针。各行各业都在总结经验教训，先后出台了一系列新的政策。在科研方面，则提出了有名的《十四条》。这是在敬爱的周总理和聂荣臻副总理主持下制定的。《十四条》在我国科研事业的发展史上起到了十分好的积极作用。它的具体十四项条文现在已记不清，但是核心的两条却仍然记忆犹新。第一条讲的是科研机构的根本任务，有六个字，即“出成果，出人才”。所谓“成果”当然是指科研成果，而不是生产任务。第二条是“任务”应当带动“学科”，而 不能代替“学科”，即“任务要带学科”六个字。这条要科研机构的科研人员应摆正“生产任务”和“发展学科”两件大事之间的关系。生产任务当然要搞，而且是首先的要务。但不是目的，对科研机构来讲，目的是通过生产，把学科发展起来，拿出新的有重要意义的科研成果才是科研机构，科研人员的最主要的目的。地球所二室的领导在学习贯彻《十四条》过程中，做了以下一些决策。第一，不再提“改造西北干旱气候”的口号，这不仅不现实，而且按照《十四条》的精神，这是直接的生产任务，本来就不应是科研机构的事。按照新的《十四条》的精神，明确了大气所的根本任务是发展大气科学，通过物理化把气象学从描述性学科发展成定量的理论性的学科。在这个指导思想下，把原来提出“改造西北干旱气候”宏伟规划的气候组，划归给地理研究所。因为这个组搞的是气候统计，仍然属于描述性的地理学、气象学的范围。高由禧先生则带了一批人员调到兰州建立高原大气物理所。抑制蒸发的任务撤消，因为实践证明，原来使用一种化学制剂（16碳醇）撒布在水库表面，在水上形成一层薄膜，以抑制蒸发的方法根本行不通。因为这种单分子膜很脆弱，虽然在室内蒸发皿中可以看到抑制蒸发的作用，但在自然条件下则经不住风吹浪打，一旦遇到风浪，薄膜就会破裂，顺风而下堆积在下风方向，起不了作用，也带不出学科。原来的人工降水任务，从改造西北干旱气候任务中独立出来交由顾震潮先生领导，而且明确人工降水不是目的，最终要带出云物理学科。我们这批原来搞黑化冰川融冰化雪的人员，则交给朱岗崐先生领导，结合融冰化雪，提出最终目的要带出近地面物理学科，朱岗崐先生则找到一本由前苏联学者莱赫特曼写的近地面物理著作，指导大家学习，以开展近地面物理的工作。于是我们才能从初到科学殿堂下乡、上山艰苦劳动几年后，静下心来学习这本书。准备进行一些真正的科学研究了。不过时间不长。所领导又进一步缩短战线。1960年把我们这个近地面物理组撤消，朱先生则被调往他所，我们则划归顾震潮先生来领导。这是为了集中力量，以搞好人工降水并发展云物理学科的任务。从此，我们转到顾先生门下，从事云物理工作了。

 

6．2．2《十四条》与《SCI》

 

在回顾我们在顾先生领导下开展云物理工作这段往事之前，有必要在这里花一些笔墨，就《十四条》的现实意义再写几句。

我以为《十四条》的核心第一条，到目前仍然具有重要的指导意义。当然，有的同志可能会认为，第二条“任务带学科”也有指导意义。但根据我自己的经验这只是问题的一个方面，对应用学科，对工程技术可能第二条有特别现实的指导意义，但并不全面。因为还有基础学科存在，对它们则似乎应该是另一种提法，即：“学科带学科”，像本书前面几章里面讲的在气溶胶力学方面所取得的几项突破性成果，那都是“学科带学科”的结果。只有对那门学科的发展历史有一个深刻全面的研究和理解，发现了新问题并引进新方法，然后通过自己的刻苦努力，才能取得新的突破。以上这些事，对于只通过完成生产任务而言，是无法带动起来的。尽管，我们在前一章中已经谈到气溶胶力学和悬浮体力学有十分广阔的应用背景。我们那几项成果却不是通过应用工作才取得。相反，这些成果正是通过对这一学科发展历史进行了深刻研究的基础上，找到了它的突破口，才能完成。

现在来谈《十四条》的核心第一条：“出成果，出人才”的现实指导意义。打倒“四人帮”，拨乱反正，批判“极左”思潮后，现在大家敢搞科研，敢搞理论，敢出文章，不再怕“四人帮”整人的“一篇论文主义”，“一本书主义” 的大帽子了。这些都是好事，问题在于现在有些部门，有些单位，有些机构，走到另一个极端，把“出成果，出人才”的根本任务抛到九霄云外，而实际上搞的却是：“出论文，出人才”，或“出《SCI》,出人才”。在考核一些单位的成绩和水平，在对科研人员实行晋级提职政策时，他们把一个单位或一个人出《SCI》论文多少，当成了一个非常重要的指标，根本不问他解决了什么重要问题，出了多少有意义的成果。对此，本书第一章中已经谈到。现在重温《十四条》之际，我觉得有再次对《SCI》的问题加以分析的必要。以出《SCI》论文为科研人员的任务，这种做法，根本上违反了《十四条》的精神。《十四条》的具体条文可能已经过时，但是它对科研机构科研人员基本任务的规定──“出成果，出人才”却不可能过时，而是放之四海而皆准的真理。对于《SCI》的问题也是一样。首先《SCI》是一个“广谱”，能够列入《SCI》系统的学术刊物和杂志，并不都在同一个高水平上，其实《SCI》刊物的水平也参差不一，有高有低。现在应当破除对《SCI》 的迷信，不要以为一上了《SCI》 就都了不起。实际上，不是那么回事，就是《SCI》 系统自己对进入它的各个学术刊物也有个考核。这种考核被 量化为一个叫“影响因子”的标准来衡量。某一刊物的影响因子的定义是,该刊在前两年发表的论文在统计年份中被引用的次数,和该刊前两年发表的论文总篇数的比.很明显，某一刊物影响因子的实质是,在统计年份里,对该刊近两年发表的论文平均每一篇论文被引用的次数.影响因子越大,对该刊物近两年发表的论文,在当年平均每一篇被引用次数越多，该刊物的影响因子就越大，水平就越高。反之，引用次数越少，影响因子就越小，水平就越低。不同时间，引用次数会有变化，影响因子也就有变化。现在以2003年我们所了解到的物理学科类国内外著名的，已列入《SCI》系统的刊物的情况为例，它们的影响因子分别列在下表之中。（温注：此表中数据由南开大学物理学院宁平治教授提供，特此致谢。）

《SCI》刊物影响因子举例

刊物名称	影响因子
《Phy. Report（物理报告）》	8.341
《Phy. Rev. Lett.（物理评论快报）》	6.226
《Phy. Rev.A. （物理评论A）》	2.810
《Phy. Rev.B. （物理评论B）》	3.070
《Phy. Rev.C. （物理评论C）》	2.695
《Phy. Rev.D. （物理评论D）》	4.363
《Phy. Rev.E. （物理评论E）》	2.235
《中国科学A》 (英文版)	0.340
《中国科学B 》(英文版)	0.840
《中国科学C 》(英文版)	0.396
《中国科学D 》(英文版)	0.610
《中国科学E 》(英文版)	0.376
《中国物理快报》(英文版)	0.813
《中国数学年鉴》(英文版)	0.144
《中国分析化学年鉴》(英文版)	0.288

 

从这个表中可以看到最显著的一个特征，就是尽管大家都已列入《SCI》系统，实际水平相差却十分巨大。你在这表上的任何一个刊物上发表了一篇论文，就可以算你有了一篇《SCI》论文，对于不追究你是多大影响因子的《SCI》的人讲，这可能很了不起，但对真正的内行人讲，他一定会追究你是多大影响因子的《SCI》，那就会显原形了。从物理类讲只有在《物理快报》或《 物理评论快报》上发表的论文才能算是高水平的论文。而通常我们讲的《物理评论》却不行，影响因子比前两种差了一大截，至多可算是中等水平吧。而我国平常把《中国科学》看成是最高水平的刊物，也列入了《SCI》，但拿影响因子来衡量，就差得更远，差一个数量级。如果拿国际高标准来衡量，《中国科学》就只能算是水平较低的刊物，没有什么人引用，在国际上没什么影响。所以现在确实是到了应该破除对《SCI》迷信的时候了，否则它会阻碍我国科学的进一步发展。如果我们迷恋于《SCI》论文的篇数，就会引导我国科研人员不能下大决心出真正是国际高水平，在国际上有大影响的成果，而满足于低水平的重复凑数，对我国科研事业发展很是不利。当然也有不是凭论文篇数，而是凭论文水平来评的。特别是国家级的评审就是如此。例如国家教育部评审国家级重点学科的工作，他们就不是以《SCI》论文多少为准，相反它限制每一个学科组，不管你有多少人，你的《SCI》论文再多它都不要，而只要20篇有代表性的论文，平均下来每人至多只要几篇就够了。大家报上来的都是20篇，又怎么去评呢。从理论物理学科看，就是要看影响因子的大小，北京师范大学的理论物理平常知名度和我们南开大学的理论物理差不多，但在它的20篇送审论文中有几篇《物理评论快报》的高水平的论文，而我们却一篇都没有，只到《物理评论》为止，从影响因子看，比《物理评论快报》的差一大截。结果北京师大的理论物理那次被评为重点学科，而我们却没评上。也有人可能要提出不同意见，说：不应拿刊物的水平来决定论文的水平。发表在较低水平刊物上的论文，不一定每篇论文都低，发表在较高水平刊物上的论文，不一定每篇论文都高。这话也对，这个问题在评国家自然科学奖的工作中解决得比较好。在论文篇数上，评国家自然科学奖也有限制，也不看《SCI》的多少。有朋友曾问过我，我那赢得国家自然科学奖的成果上报时，送审了几百篇论文？以为必定要有几百篇论文，才能评上国家大奖。其实这完全是误解。国家大奖也完全不是以《SCI》篇数取胜，相反它也限制在20篇代表作上，再多也不管用。那它根据什么来评呢，也是看水平。但与评国家级重点学科不同，它是直接看文章本身的水平。文章水平之高低看引用，本质上和评价刊物水平高低一样，看有没有人引用你，特别是要看国际上有没有人引用你，引用了多少次，引用是什么性质的，是一般性的呢，还是有重要性质的引用，这样就更科学更准确。不会发生以刊物水平定高低的偏差。以我2000年荣获1999年度国家自然科学奖的成果为例，在上报20篇论文中，确有发表在影响因子相当低的刊物上。比如《中国科学》，它的影响因子不到1，水平是够低了，但最终还是评上大奖，靠的就是因为引用多。对我这20篇代表作，国际同行引用有100多篇。我把这100多篇引用都查出并复印出来报上去，份量要比我本身的20篇大得多。其中还有重要引用，有些是以实验来证实了我的理论预测的，这就比一般引用重要的多，对理论文章而言，这种引用有决定意义。也有是不仅为《SCI》刊物所引用，而且引用在国际著名学者的学术专著上，载入了国际相应学科的发展史。例如前面几章曾谈到的巴切勒和我的论文曾被引用在国际著名胶体科学家罗塞尔等人和东特的两部胶体科学著作。又例如，本章将要谈到的我们在云物理上的论文，虽然它是发表在《中国科学》上，影响因子相当低。但这篇论文曾被国际著名云物理学家普鲁帕克(Pruppacher)和克莱特（Klett），以及戈顿（Cotton）和 安塞斯(Anthes) 等两组科学家，引用在他们的两部云物理专著上。这是两部国际云物理发展特别是20世纪的发展史。能被引用在这两部史册上，自然是论文的意义重要的很好的证明。这些例子，都一再说明了刊物水平高低，对国家大奖来说，不那么重要，重要的是论文本身水平的高低，那就要看有没有人引用，有没有重要引用。这些才是是更重要的因子。最近在《光明日报》的“院士论坛”专栏，我国著名生物物理学家邹承鲁院士和另一位院士合写了一篇文章，文章的中心就是谈的《SCI》问题。他们对《SCI》论文所表示的看法和我们这里谈的一致。就是不应该以《SCI》论文的数量来评判水平高低，关键要看质量，质量高低看引用。他们在文章中说，我国现在从《SCI》论文数量来看已经很多了，在世界上排名第6，似乎可以说我国科研水平已位居国际前列。但他们接着说，其实不然。原因就在于引用，邹承鲁院士说如果考察论文被引用的情况，我国论文被引用的情况就很不妙，排名次序要降到第18位。邹承鲁院士又说，以上讲的引用还包括了国内同行的引用，如果把国内同行引用排除在外，只看国际同行引用，那就差得更远。邹院士对这一点没有给出具体排名顺序，但从我们前面表中所引《中国科学》的影响因子只有零点几，较之国际最高水平差一个数量级，就可以看出，若仅从国际同行引用来考察，我国学者的论文排名必定还要靠后，彻底改变我国科研事业在国际上的地位，赶上国际先进水平还有一段长路要走。这里首要的一环就是要端正指导思想，纠正“出《SCI》，出人才”的错误指导思想，回归到“出成果，出人才”的轨道上来。这才是发展我国科学事业的康庄大道。

 

6．3 在顾震潮先生的领导下

 

6．3．1 投身于人工降水的飞行作业

 

前已讲到，由于大气所领导贯彻执行《十四条》的精神，我们最终被划归到顾震潮先生的领导下，开始了人工降水和云物理的研究工作。首先仍然是人工降水，《十四条》讲了，要任务带学科。所以首先仍然要搞人工降水，不过不再局限于西北地区。1961年夏，湖南地区干旱严重，中央集中了一批力量，调集了八架运输机在湖南搞大面积人工降水实验。军区参谋长亲自指挥，和科学院合作。顾先生带领我们参加了这项大规模人工降水实验。参谋长很紧张，说八架大飞机同时在一个省的上空做人工降水作业飞行是从来没有过的事，生怕出事。每天都亲临现场，小心翼翼地指挥。幸好没有出事。虽然这确实是非常危险的工作。原来按飞行条令，飞机不能靠近积雨云。和不能在山区作低空飞行一样，积雨云同样是飞行禁区。通常民航飞机遇到积雨云只能绕着走，禁止靠近，更不得进入。而人工降水作业飞机，不但要靠近，而且要进入云内实行催化作业。这就十分危险，每次进入积雨云作业时，飞机都颠簸得十分厉害。使催化作业，观测云的微物理结构都非常困难。我因患有晕机病，每次进入积雨云作业时都呕吐不止，无法工作。1964年夏季，上海地区又发生干旱，顾先生带领我们又在上海地区实行人工降水飞机催化作业。顾先生看我实在吐得厉害，有一次就让我坐在飞机上停止作业工作，只静静地坐在位子上不动，看能否适应，结果还是不行。真巧那次飞行竟发生了一次自我们开展飞机作业飞行以来，最严重的一次颠簸，给我的感觉好像一下子跌入万丈深渊中去，飞机被云中气流一下子打下几百米，幸好飞机没有出事，但我肚子里的东西都早已吐空了，但还要吐最后就把血都吐出来了，吓得顾先生对我说，今后只好取消你飞行作业的资格。但是，据我了解后来再也没有实行过飞机人工降水作业，直到现在人们实行作业时，都改为由地面，使用高炮、火箭对天空的积云射击，实行炮轰和火箭弹的催化。这样更安全一些。可能那次飞行虽然最后安全返航，没有摔飞机，但很可能飞行部门也提了意见，这种违反飞行条令的事情实在太危险，难免不会出事。据说平常我们作业飞行虽说要穿积雨云，但实际上飞行员还是尽量避免太深入，都是搽边，在积雨云边缘处穿插。那次是不小心，一下子深入到积雨云中心，结果发生了我们自飞行以来，最为严重的颠簸事件。别的没有呕吐的同志，尽管能控制住自己不呕吐，但也十分难受，脸色全成煞白了。幸好老天爷还算照顾，没有出事。也有一件趣事，1961年夏，在湖南进行飞行催化作业时，住在军用机场，和参谋长搞得比较熟了。有一次他问我们，你们为什么把顾震潮同志叫顾先生，参谋长说在旧社会，大家都把为地主老财、资本家办事的帐房叫先生，你们的顾震潮居然还是共产党员，为什么也叫他先生。我们告诉他，我们叫的先生，和你讲的旧社会的帐房先生不是一回事。现在在我们科学院，也包括在高等学校，大家对学问大，水平高的长辈都尊称为先生。不能叫 顾老师，更不能叫老顾。而“先生”两字表达了我们对有学问的长辈的尊敬，参谋长这才表示理解。

 

6．3．2 人工影响天气的进一步发展

 

人工影响天气的工作很重要，从那时起直到现在，我国各地气象部门对此继续开展了大量的工作，收到了很好的效果，为各地经济建设的发展作出了有价值的的贡献。例如，人工增雨就是一项成绩不小的工作。但有时在群众中会寄予过分的希望。去年我的一位不是搞气象的朋友曾问我一个问题，他说“南水北调能否不走陆路而走空中，使用人工降水办法来把南方的水调过来，解决北方干旱问题。”我答复是：“不可能”。我说人工降水是有条件的，这个条件就是要有云，而且不是一般的什么云都可以用来人工降水，必须云层十分厚，云中含水量十分大，空气中水汽含量大，水份供应十分充足。这就大大超过我们人类现有的控制能力。北方干旱地区常常是为高气压所控制，在高气压控制的地方，都是下沉气流，晴空万里，不可能有降水云出现。要形成云，要形成雨层云、积雨云那样的云，就必须要由低气压控制，如低涡。在这种天气形势下，才会产生很强的上升气流，才会有南方暖湿气流过来补充水份，这就涉及到要调整大气环流的形势，但从人类现在所掌握的能量看，还是太渺小了，根本不可能控制和调整大气环流形势。当年大跃进时，我们科学院提过“改造西北干旱气候”的口号，中央气象局也成立过“人工控制天气研究所”，但实践很快证明此路不通。我们只好收起“改造气候”的口号，中央气象局也把那个研究所改为“人工影响天气研究所”。虽然如此，多年来的实践经验证明，局地的人工影响天气，例如人工增雨和人工防雹等等，却是有效的，而且很有必要。几十年来我国在这方面已经做了大量的工作。许焕斌教授等人的新作，《雹云物理与防雹的原理和设计》（2004，气象出版社），对此做了很好的总结，并提出了新的思路，雹云的新的物理模型和防雹的新概念模型。有兴趣的读者，可参阅此书。

 

6．3．3 建立湖南衡山高山云雾站

 

按照《十四条》精神，人工降水工作对科学院大气所讲，不是目的，目的是带出云物理学科。因此，与开展人工降水的同时，甚至更早一些时候，大气所就开始筹建高山云雾站，以取得对云物理结构的感性认识。虽然我们开展人工降水飞行作业时，也同时在飞机上对云物理的微结构进行观测，但那不能有系统、有组织、有计划大量地进行。在当时条件下，只有建立高山云雾实验站，才能对我国云雾微物理特征进行有系统的，有组织有计划的大量观测。为此有关领导从当时苏联请来了一位高山云雾实验专家苏拉克维里泽（Сулаквелидзе Г. К.），经过他在我国各地考察选定了在湖南南岳衡山建立云雾实验站。他认为衡山的地形和云雾条件是他所见到的最理想的观测云物理结构的好地方。于是，我们这些前两年登上了西北祁连山的青年人，现在又被召登上了南岳衡山云雾之乡。不过那次在祁连山是搞融冰化雪作业，根本没有想到要带动什么学科，要出什么科研成果。而这次却有着明确的目的，要进行研究，研究我国云雾物理实际情况，要出科研成果。当时的条件很差，山上没有粮，就要自己背粮上山。山上没有住的地方，就借住在和尚庙里。没有实验场地，就借气象局的高山气象观测站。没有实验设备，就自己动手。还是土法上马，那时人们的政治热情都非常高，只要说是党的号召，人民的需要，马上就会挽起袖子来动手干。在顾震潮先生的领导下，很快研制出观测云雾的基本设备──三用滴谱仪，它既能观测云滴微结构（包括云滴的数密度和云滴随其半径大小的分布），又能观测大气凝结核和云中含水量。在动力上既可手动，又可电动，解决了当时的观测云雾设备问题。几年下来，积累出我国第一批高山云雾微结构资料。由科学出版社出了一本专刊，为开展我国云雾研究打下了初步基础。特别应当提一下的是，我的北大老同学许焕斌所作的贡献。他毕业以后被分配到中央气象局，然后被保送到苏联进修云物理。回国后，以中央气象局的专家身份参加了科学院大气所建设高山云雾实验站的工作。当时他还兼做苏联专家苏拉克维里泽的翻译，许焕斌教授的思想活跃，具有敏锐的物理洞察力。他对云雾站的贡献是多方面的。前面提到的三用滴谱仪就是他设计发明的。此外，他还是我国最早认识到云物理参数存在不均匀的起伏状态，并且对云的微物理过程有重要作用的人。在衡山高山云雾站工作期间，他有意识地进行了一系列的云中含水量的连续观测，测出了第一批云中含水量起伏的数据，所得数据显示在层积云的底部，在几米到十几米的尺度上，云中含水量存在着起伏状态，起伏强度为10％到30％。这是非常宝贵的重要资料，然而遗憾的是当时领导上没有认识到许焕斌的这个工作的重要性而被停了下来，直到后来早期的云滴随机增长理论和我的“对流暖云大云滴随机生长的马尔柯夫过程理论”出来以后，才认识到许的工作重要性。不过这时他已回到中央气象局，他所取得的数据就只好由我们整理出来，在1964年仍然以他的名义发表在《气象学报》上，1965年又发表在《中国科学》（英文版）上。

衡山云雾实验站搞了几年，最后终于停了下来，条件实在太差了。高山上空气潮湿，洗出来的衣服几天都干不了，过冬尤其艰苦，湿冷难忍，一位在山上坚持了两个冬天的同志终于得了严重的关节炎。另一方面，高山云雾站也有局限性，所测得的都是云底部的情况，测不到更重要的内部情况，包括上升气流和湍流以及温度、压力、水汽、含水量时空四维的结构，以及相应的云滴、大云滴、雨滴时空四维结构。所以后来也就撤销了。

 

6．3．4 抓住云的微物理的中心问题

 

顾先生带领我们搞云物理最大的功绩，就是引领我们抓住了云的微物理的中心问题──雨滴的形成问题，抓住了当时国际上的焦点和热点，暖云中大云滴的形成问题。云物理中要研究的问题很多，从大的方面来讲，就分两大类，动力学和微物理。动力学又分积云动力学、层状云动力学，中尺度气象等。微物理方面则又包括气溶胶凝结核的核化，云滴，大云滴，雨滴，冰晶，雪晶，冰雹，起电，电结构，闪电，大雨滴的形状和破碎等许多问题。在这众多的问题当中，就微物理方面讲，中心问题就是雨滴形成问题，而当时国际上的焦点就是暖云中大云滴的形成问题。一个雨滴，从凝结核核化开始长成对流云的云滴，半径增大了两个量级（从0.1微米长到10微米），体积增加了100万倍。再从云滴开始长成一个雨滴，半径又增加了两个量级（从10微米长到1000微米），体积又增加了100万倍。这过程主要由云滴碰并完成，则可知道要有100万个云滴才能合并成一个雨滴，过程的艰巨性可以想见。如何解释自然界降水过程中，是什么因素推动着降水云中不断地从大量云滴里在足够短的时间产生足够量的雨滴就成为云的微物理中一个中心问题。这一问题的难点是在如何穿越20－30微米半径区间，这一半径区间对凝结增长而言太大了，因之，靠凝结穿过这一区间要几个小时，对重力碰并增长而言又太小了，靠它来穿越这一区间需要十几个小时。这都无法解释自然界降水为什么可以在更短的时间内形成，特别是阵雨从云的形成到产生降水最快半小时即可。于是就吸引了众多的云物理学家进行了大量的探索工作，以求解开这个谜。1935年贝吉龙（Bergeron）提出了一个冷云降水学说。他的学说假定当云层伸展到相当高的高度时，在那里会出现大量的过冷水滴，在这种过冷云中，一旦出现少量的冰晶，则因为在冰水共存条件下，在冰面会出现非常惊人的高强度的水汽过饱和，当温度为摄氏－10度时，冰晶表面的过饱和度会达到10％，当温度进一步降到摄氏－20度时，冰晶表面水汽过饱和度会进一步加大到20％。而 通常暖云条件下，人们公认的云滴表面的水汽过饱和度只有0.05％，比贝吉龙的冷云条件下的小200倍到400倍。因此，在贝吉龙的冷云条件下，过冷云滴向冰晶上转移凝华，使冰晶长大的速率，要比通常暖云凝结增长速度快好几百倍，完全可以解释阵雨的形成。1939年芬代森（Findeisen）发表了在德国的降水云观测资料，芬代森从数以千计的降水云的观测证明，其云顶温度都降到摄氏－20度以下，使贝吉龙的假说得到了证实。此后，人们就称为贝吉龙-芬代森冷云降水学说，这个学说得到了国际云物理界的承认。然而进一步的研究表明，欧洲的纬度太高。在欧洲以外的中纬度和低纬度地区，降水云层常常整个云体温度均高于摄氏0度，在这里，贝吉龙的冷云降水过程失效。而在我国开展人工降水、云物理的观测也表明，即使积雨云，云顶在冰晶化以前，当它还处于全暖的浓积云阶段就已出现了20─30微米的大云滴。对此，贝吉龙的冷云降水过程也无法解释。因此暖云降水问题就成为那时云物理国际舞台上大家所瞩目的一个热点，是当时的一个国际前沿课题。虽然本书第一章中已经讲过，在当时我国云物理还是一片空白，不仅我们这些年轻人没有在大学里学过云物理，就是顾先生等老一辈气象学家也没有学过。顾先生本人一直都在从事天气动力学的研究。他和叶笃正先生合作，对于“西藏高原对东亚大气环流及中国天气的影响的研究”，达到了很高的水平，因此而获得1956年度国家自然科学奖。它是我国大气科学界所获得的第一个国家大奖，也是“文革”前大气科学界所获得唯一的一项大奖。尽管如此，一旦国家需要顾先生还是毅然决然地放弃了他所熟悉的领域，带领我们这帮当时还毫无经验的年轻人勇敢地挑起了开创我国云物理事业的重担。他找来了当时英国著名的云物理学家梅森（B.J.Mason,注：这个梅森和前面胶体科学中的梅森不是一个人，那位是加拿大人，全名是S.G.Mason）,1957年英文原著《云物理学（The Physics of Clouds）》（梅森的书，在1971年出了修订的第二版，1979年大气物理所的同行们把第二版的《云物理学》译成中文由科学出版社出版）组织我们学习。除此之外，他还找来大量当时国际上研究暖云中大云滴形成的文献，把它们分给我们这帮年青人，分头学习，然后各自向大家报告。轮到我报告时。我把所分到的文献的大致内容介绍过后，把它们评论了一番，这个也不对，那个也有问题。在我的评论下，它们一无是处，顾先生听了后挺高兴，认为我这个报告很好。接着又问我，既然人家都不行，那你自己有什么新的想法，我答不出，感到茫然。这是我的短处，我长于发现现有工作，现有理论中的问题，具有王国维先生所说的“西风凋碧树”的精神，但缺乏找到新的办法来解决问题的创新精神，则无法“独上高楼，望尽天涯路”。这与我在大学中数学物理课程学得太少有关，不足以应付那时所要开展的云物理工作。

终于有一天顾先生非常高兴地对我们说，我们在苏联学习云物理的一位研究生已经找到解决问题的新道路，他现在已学成回国。他把随机过程论引入云物理中暖云云滴增长研究，从而发现此过程不仅可以很容易地解释暖云大云滴的形成，而且可以容易地解释暖云降水中雨滴的形成过程。这就是早期的云滴随机增长理论。马上它得到了国内有关方面很高的评价。被认为是解决了暖云降水难题的重大进展。不久他就被越级提拔，从一个12级的研究实习员，越过中级职称的助理研究员阶段，连升5级，成为7级副研究员。同时还要我们认真学习他的理论，于是我们这帮在学校中从没有学过云物理也没有学过随机过程论的人，就掀起了一个学习这个新理论学习随机过程论的热潮。

 

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自温景嵩科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-4185-10328.html

上一篇：软物质
下一篇：我的第一个理论创新