《創(chuàng)新話舊》第6章

　　第六章 創(chuàng)新點(diǎn)（5）── 我的第一個(gè)理論創(chuàng)新

　　6．1 初入科學(xué)殿堂

　　6．1．1 時(shí)值1957年反右之后

　　從本章起，我們將把回顧往事的鏡頭轉(zhuǎn)向更遙遠(yuǎn)的年代。那是在半個(gè)世紀(jì)前，1957年秋，我從北京大學(xué)物理系氣象專業(yè)畢業(yè)，被分配到我國氣象事業(yè)中的科學(xué)殿堂──中國科學(xué)院大氣物理研究所。當(dāng)時(shí)它還不是一個(gè)獨(dú)立的研究所，只是老地球物理研究所的一個(gè)研究室──第二研究室，簡稱二室。它在66年“文革”時(shí)才從地球所獨(dú)立出來。記得當(dāng)時(shí)二室只有兩個(gè)組，一個(gè)研究天氣動(dòng)力學(xué)，一個(gè)研究氣候?qū)W。我被分配到天氣動(dòng)力學(xué)研究組。時(shí)值1957年反右之后，這對(duì)我們這一屆大學(xué)畢業(yè)同學(xué)產(chǎn)生了巨大而深遠(yuǎn)的影響。我們到天氣組領(lǐng)導(dǎo)人葉篤正先生那里報(bào)到以后，便馬上被下放到北京郊區(qū)農(nóng)村行集寺大隊(duì)去勞動(dòng)鍛煉，從而開創(chuàng)了一個(gè)過去從來沒有的先例。大學(xué)畢業(yè)生分配到科研院所后，不是馬上投入到科研工作中去，而是要下放勞動(dòng)鍛煉。我們的工資還降了一級(jí)，56屆的大學(xué)生報(bào)到后的工資是每月62元，第一年試用期為56元。從我們57屆開始試用期工資降為42元，說這是新制度，等我們轉(zhuǎn)正以后才能拿56元，而這是56屆試用期的工資標(biāo)準(zhǔn)。從此56與57屆之間形成一條鴻溝。職稱、工資等等的晉升提級(jí)都以此為界，只提到56屆，輪不到我們。因而57屆就成了倒霉的一屆，就這樣直到打倒“四人幫”。1978年迎來了科學(xué)的春天，國家召開第一屆全國科學(xué)大會(huì)時(shí)，我因在科研上曾做出了本章將要談到的成果，而被選為安徽省出席這次盛會(huì)的正式代表，但是職稱仍然是初級(jí)職稱──研究實(shí)習(xí)員。在北京的大會(huì)會(huì)務(wù)組報(bào)到時(shí)，我如實(shí)填了我當(dāng)時(shí)的職稱，可能“研究實(shí)習(xí)員”的職稱實(shí)在太說不過去了，一個(gè)已經(jīng)工作了二十多年，而且在科學(xué)上已做出貢獻(xiàn)的人，居然還是個(gè)實(shí)習(xí)員，于是被大會(huì)會(huì)務(wù)組工作人員大筆一揮給改成技術(shù)員。其實(shí)技術(shù)員也是工程技術(shù)人員的初級(jí)職稱，只不過聽起來似乎比實(shí)習(xí)員好聽一些。后來才知道研究系列的研究實(shí)習(xí)員相當(dāng)于工程技術(shù)系列的助理工程師，比技術(shù)員還高一個(gè)檔次，它相當(dāng)于大學(xué)的助教。

　　6．1．2 下鄉(xiāng)與上山

　　當(dāng)1957年我們下放勞動(dòng)時(shí)，在時(shí)間長短上沒有限制。我們被告知，要作好長期勞動(dòng)的打算，不要老想著什么時(shí)候回科學(xué)院，這不利于我們的思想改造。可實(shí)際上不到一年就起了變化，把我們召回了地球所。原來那時(shí)正趕上“大躍進(jìn)”，要大家“破除迷信，解放思想”，要“敢想敢干”，要大家“樹雄心，立壯志”。于是當(dāng)時(shí)老地球所二室的氣候組提出了一個(gè)宏偉規(guī)劃,要“改造西北干旱氣候”，措施是“開源節(jié)流”�！伴_源”又分兩個(gè)方面，一是到祁連山冰川上去搞融冰化雪，一是搞人工降水。“節(jié)流”則是到水庫去進(jìn)行抑制蒸發(fā)試驗(yàn)。氣候組人手少，人力不夠，于是天氣組的領(lǐng)導(dǎo)葉篤正先生就提出天氣組要大力支援氣候組。我們這批下放勞動(dòng)鍛煉一年的大學(xué)畢業(yè)生就從農(nóng)村抽回來，支援到氣候組，在朱崗崐和高由禧兩位先生的領(lǐng)導(dǎo)下，男的參加祁連山高山冰川的黑化融冰化雪工作，女的則參加水庫的抑制蒸發(fā)工作。就這樣人手還不夠，于是葉篤正和顧震潮兩位先生又從天氣組原有人馬中抽出些人，在他們兩位先生的親自領(lǐng)導(dǎo)下，擔(dān)負(fù)起人工降水工作。于是一個(gè)轟轟烈烈的“改造西北干旱氣候”的宏偉運(yùn)動(dòng)就在老地球所二室展開了，這個(gè)工作得到了中央有關(guān)部門和甘肅省委的大力支持，省委書記張仲良高興地對(duì)當(dāng)時(shí)的地球所老所長趙九章說，龍王爺來了。

　　然而實(shí)踐證明，“改造氣候”的口號(hào)提得太高了，不切實(shí)際。“龍王爺”只存在于人們的神話世界中，在現(xiàn)實(shí)世界中并不存在。就我當(dāng)時(shí)所參加的祁連山高山冰川融冰化雪的工作而言，第一年，在高山冰川上進(jìn)行的小面積黑化冰川以加速融冰化雪試驗(yàn)還可以，以碳黑黑化冰川的效率為最高。但第二年大面積大范圍推廣時(shí)就出現(xiàn)了問題。高山冰川路途險(xiǎn)阻，無路可通。加之高山缺氧，人們易患高山反應(yīng)癥。通常，這只是高山登山隊(duì)經(jīng)過特殊訓(xùn)練，有特殊裝備的少數(shù)運(yùn)動(dòng)員干的事。因此不可能期待從陸路解決黑化冰川的技術(shù)問題。使用飛機(jī)在空中撒播碳黑是一種可能方案。但高山地區(qū)是飛行禁區(qū)，一般飛行條令禁止在高山山區(qū)作低空作業(yè)飛行，飛機(jī)必須保持在峰頂以上600米高度。因此，只能做成碳黑炸彈、煤粉炸彈來進(jìn)行高空投彈黑化，在這方面我們也進(jìn)行過摸索，不幸也未成功。因此，第二年大面積大范圍推廣時(shí)，只能依靠地方黨委，地方政府，組織動(dòng)員群眾上山。用土辦法來解決問題。而一般群眾由于山路險(xiǎn)阻，還由于高山缺氧，高山反應(yīng)使人極易疲勞，頭暈甚至嘔吐，能把自己個(gè)人所需的給養(yǎng)背上山來，已經(jīng)夠嗆了，不可能再把正規(guī)的黑化材料背上冰川。于是原來的設(shè)想用碳黑黑化冰川，到實(shí)踐中就變成了“就地取材”，即把冰川兩側(cè)山坡上的冰積石、冰積土鏟運(yùn)到冰川上來，以促進(jìn)冰雪融化。這當(dāng)然效率十分低下，頭一年我們?cè)诒�川上做小�?shí)驗(yàn)時(shí)也用過，不起什么作用。于是在參加這項(xiàng)工作的科研人員中產(chǎn)生了相當(dāng)悲觀失望的情緒。但是帶領(lǐng)農(nóng)民群眾上山的地方黨政干部并不悲觀，他們想出了一種在冰川表面上開溝以加速冰雪融化的辦法。這辦法看起來果然有效，人們能夠看到水在冰溝里嘩嘩流淌。但是這究竟是自然消融下來的水呢，還是溝渠起到的效果。即使這里面有一部分是開溝引起的效果，但這部分究竟有多少，如何計(jì)算？能把在冰溝中的流水全部算在開溝的效果上嗎？于是，在科研人員中引發(fā)了一場(chǎng)爭論，并且很快在科研人員和地方黨政領(lǐng)導(dǎo)中產(chǎn)生了對(duì)立情緒，幾乎要鬧到人家要把你打成右派的地步。這時(shí)朱崗崐先生從山下趕了上來，他嚴(yán)肅地批評(píng)了我們，要我們馬上糾正這股悲觀情緒，不準(zhǔn)再和地方領(lǐng)導(dǎo)頂牛，要放下架子，虛心地服從領(lǐng)導(dǎo)，積極投身于當(dāng)?shù)厝罕娫诒�川上開溝引水運(yùn)動(dòng)中來。問題就這樣強(qiáng)行政治解決了。但是科學(xué)問題效果計(jì)算問題并未解決。加以當(dāng)時(shí)是1959年的春天，甘肅地方的三年困難時(shí)期已經(jīng)開始，人們吃飯已成問題。大規(guī)模群眾上山，不但沒有特殊的高山給養(yǎng)，以保持人們的旺盛的體力，用以克服高山反應(yīng)癥，反而連平時(shí)在平原上日�？梢猿缘降母杉Z也吃不到了，只能三頓都喝稀粥。這困難可想而知。隨后在高山冰川上發(fā)生了凍死人、餓死人的事。等工作結(jié)束，夏季已經(jīng)到來，冰川的自然消融量已很大，我們就下山進(jìn)行總結(jié)去了。在總結(jié)中，我們指出黑化冰川以融冰化雪的艱巨性，但同時(shí)也指出，為解決春旱農(nóng)耕缺水問題，動(dòng)員部分群眾，不是上高山上去加速冰川融化，而是到高山腳下的季節(jié)性封凍河流上去加速消融，還是一種可行的辦法。打倒“四人幫”后，記得有一次（可能在80年代）在報(bào)上看到西北地區(qū)農(nóng)民繼續(xù)使用這辦法來解決當(dāng)?shù)卮焊�缺水問題，可能這就是我們那時(shí)留傳下的辦法。為此，我心中感到十分高興。

　　6．2 轉(zhuǎn)折

　　6．2．1 《十四條》的到來

　　我感覺甘肅的三年困難好像走在了全國的前面。不久，就成了全國規(guī)模的大問題，針對(duì)這個(gè)形勢(shì)中央進(jìn)行了調(diào)整�！按筌S進(jìn)”，“敢想敢干”的口號(hào)不見了，取而代之是新的“調(diào)整、鞏固、充實(shí)、提高”的八字方針。各行各業(yè)都在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，先后出臺(tái)了一系列新的政策。在科研方面，則提出了有名的《十四條》。這是在敬愛的周總理和聶榮臻副總理主持下制定的�！妒�四條》在我國科研事業(yè)的發(fā)展史上起到了十分好的積極作用。它的具體十四項(xiàng)條文現(xiàn)在已記不清，但是核心的兩條卻仍然記憶猶新。第一條講的是科研機(jī)構(gòu)的根本任務(wù)，有六個(gè)字， 即“出成果，出人才”。所謂“成果”當(dāng)然是指科研成果，而不是生產(chǎn)任務(wù)。第二條是“任務(wù)”應(yīng)當(dāng)帶動(dòng)“學(xué)科”，而 不能代替“學(xué)科”，即“任務(wù)要帶學(xué)科”六個(gè)字。這條要科研機(jī)構(gòu)的科研人員應(yīng)擺正“生產(chǎn)任務(wù)”和“發(fā)展學(xué)科”兩件大事之間的關(guān)系。生產(chǎn)任務(wù)當(dāng)然要搞，而且是首先的要?jiǎng)?wù)。但不是目的，對(duì)科研機(jī)構(gòu)來講，目的是通過生產(chǎn)，把學(xué)科發(fā)展起來，拿出新的有重要意義的科研成果才是科研機(jī)構(gòu)，科研人員的最主要的目的。地球所二室的領(lǐng)導(dǎo)在學(xué)習(xí)貫徹《十四條》過程中，做了以下一些決策。第一，不再提“改造西北干旱氣候”的口號(hào)，這不僅不現(xiàn)實(shí)，而且按照《十四條》的精神，這是直接的生產(chǎn)任務(wù)，本來就不應(yīng)是科研機(jī)構(gòu)的事。按照新的《十四條》的精神，明確了大氣所的根本任務(wù)是發(fā)展大氣科學(xué)，通過物理化把氣象學(xué)從描述性學(xué)科發(fā)展成定量的理論性的學(xué)科。在這個(gè)指導(dǎo)思想下，把原來提出“改造西北干旱氣候”宏偉規(guī)劃的氣候組，劃歸給地理研究所。因?yàn)檫@個(gè)組搞的是氣候統(tǒng)計(jì)，仍然屬于描述性的地理學(xué)、氣象學(xué)的范圍。高由禧先生則帶了一批人員調(diào)到蘭州建立高原大氣物理所。抑制蒸發(fā)的任務(wù)撤消，因?yàn)閷?shí)踐證明，原來使用一種化學(xué)制劑（16碳醇）撒布在水庫表面，在水上形成一層薄膜，以抑制蒸發(fā)的方法根本行不通。因?yàn)檫@種單分子膜很脆弱，雖然在室內(nèi)蒸發(fā)皿中可以看到抑制蒸發(fā)的作用，但在自然條件下則經(jīng)不住風(fēng)吹浪打，一旦遇到風(fēng)浪，薄膜就會(huì)破裂，順風(fēng)而下堆積在下風(fēng)方向，起不了作用，也帶不出學(xué)科。原來的人工降水任務(wù)，從改造西北干旱氣候任務(wù)中獨(dú)立出來交由顧震潮先生領(lǐng)導(dǎo)，而且明確人工降水不是目的，最終要帶出云物理學(xué)科。我們這批原來搞黑化冰川融冰化雪的人員，則交給朱崗崐先生領(lǐng)導(dǎo)，結(jié)合融冰化雪，提出最終目的要帶出近地面物理學(xué)科，朱崗崐先生則找到一本由前蘇聯(lián)學(xué)者萊赫特曼寫的近地面物理著作，指導(dǎo)大家學(xué)習(xí)，以開展近地面物理的工作。于是我們才能從初到科學(xué)殿堂下鄉(xiāng)、上山艱苦勞動(dòng)幾年后，靜下心來學(xué)習(xí)這本書。準(zhǔn)備進(jìn)行一些真正的科學(xué)研究了。不過時(shí)間不長。所領(lǐng)導(dǎo)又進(jìn)一步縮短戰(zhàn)線。1960年把我們這個(gè)近地面物理組撤消，朱先生則被調(diào)往他所，我們則劃歸顧震潮先生來領(lǐng)導(dǎo)。這是為了集中力量，以搞好人工降水并發(fā)展云物理學(xué)科的任務(wù)。

從此，我們轉(zhuǎn)到顧先生門下，從事云物理工作了。

　　6．2．2《十四條》與《SCI》

　　在回顧我們?cè)陬櫹壬�領(lǐng)導(dǎo)下開展云物理工作這段往事之前，有必要在這里花一些筆墨，就《十四條》的現(xiàn)實(shí)意義再寫幾句。

　　我以為《十四條》的核心第一條，到目前仍然具有重要的指導(dǎo)意義。當(dāng)然，有的同志可能會(huì)認(rèn)為，第二條“任務(wù)帶學(xué)科”也有指導(dǎo)意義。但根據(jù)我自己的經(jīng)驗(yàn)這只是問題的一個(gè)方面，對(duì)應(yīng)用學(xué)科，對(duì)工程技術(shù)可能第二條有特別現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義，但并不全面。因?yàn)檫�有基礎(chǔ)學(xué)科存在，對(duì)它們則似乎應(yīng)該是另一種提法，即：“學(xué)科帶學(xué)科”，像本書前面幾章里面講的在氣溶膠力學(xué)方面所取得的幾項(xiàng)突破性成果，那都是“學(xué)科帶學(xué)科”的結(jié)果。只有對(duì)那門學(xué)科的發(fā)展歷史有一個(gè)深刻全面的研究和理解，發(fā)現(xiàn)了新問題并引進(jìn)新方法，然后通過自己的刻苦努力，才能取得新的突破。以上這些事，對(duì)于只通過完成生產(chǎn)任務(wù)而言，是無法帶動(dòng)起來的。盡管，我們?cè)谇耙徽轮幸呀?jīng)談到氣溶膠力學(xué)和懸浮體力學(xué)有十分廣闊的應(yīng)用背景。我們那幾項(xiàng)成果卻不是通過應(yīng)用工作才取得。相反，這些成果正是通過對(duì)這一學(xué)科發(fā)展歷史進(jìn)行了深刻研究的基礎(chǔ)上，找到了它的突破口，才能完成。

　　現(xiàn)在來談《十四條》的核心第一條：“出成果，出人才”的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。打倒“四人幫”，撥亂反正，批判“極左”思潮后，現(xiàn)在大家敢搞科研，敢搞理論，敢出文章，不再怕“四人幫”整人的“一篇論文主義”，“一本書主義” 的大帽子了。這些都是好事，問題在于現(xiàn)在有些部門，有些單位，有些機(jī)構(gòu)，走到另一個(gè)極端，把“出成果，出人才”的根本任務(wù)拋到九霄云外，而實(shí)際上搞的卻是：“出論文，出人才”，或“出《SCI》,出人才”。在考核一些單位的成績和水平，在對(duì)科研人員實(shí)行晉級(jí)提職政策時(shí)。他們把一個(gè)單位或一個(gè)人出《SCI》論文多少，當(dāng)成了一個(gè)非常重要的指標(biāo)，根本不問他解決了什么重要問題，出了多少有意義的成果。對(duì)此，本書第一章中已經(jīng)談到�，F(xiàn)在重溫《十四條》之際，我覺得有再次對(duì)《SCI》的問題加以分析的必要。以出《SCI》論文為科研人員的根本任務(wù)，這種做法，根本上違反了《十四條》的精神�！妒�四條》的具體條文可能已經(jīng)過時(shí)，但是它對(duì)科研機(jī)構(gòu)科研人員根本任務(wù)的規(guī)定──“出成果，出人才”卻不可能過時(shí)，而是放之四海而皆準(zhǔn)的真理。對(duì)于《SCI》的問題也是一樣。首先《SCI》是一個(gè)“廣譜”，能夠列入《SCI》系統(tǒng)的學(xué)術(shù)刊物和雜志，并不都在同一個(gè)高水平上，其實(shí)《SCI》刊物的水平也參差不一，有高有低�，F(xiàn)在應(yīng)當(dāng)破除對(duì)《SCI》 的迷信，不要以為一上了《SCI》 就都了不起。實(shí)際上，不是那么回事，就是《SCI》 系統(tǒng)自己對(duì)進(jìn)入它的各個(gè)學(xué)術(shù)刊物也有個(gè)考核。這種考核被 量化為一個(gè)叫“影響因子”的標(biāo)準(zhǔn)來衡量。一個(gè)刊物的影響因子的大小?點(diǎn)擊此處閱讀下一頁)

　　和發(fā)表在該刊物上的論文被引用的總次數(shù)成正比。和發(fā)表在該刊物上的論文總數(shù)成反比。很明顯，對(duì)該刊物的論文引用次數(shù)越多，該刊物的影響因子就越大，水平就越高。反之，引用次數(shù)越少，影響因子就越小，水平就越低。不同時(shí)間，引用次數(shù)會(huì)有變化，影響因子也就有變化�，F(xiàn)在以2003年我們所了解到的物理學(xué)科類國內(nèi)外著名的，已列入《SCI》系統(tǒng)的刊物的情況為例，它們的影響因子分別列在下表之中。（溫注：此表中數(shù)據(jù)由南開大學(xué)物理學(xué)院寧平治教授提供，特此致謝。）

　　刊物名稱影響因子

　　《Phy. Report（物理報(bào)告）》 8.341

　　 《Phy. Rev. Lett. （物理評(píng)論快報(bào)）》 6.226

　　 《Phy. Rev.A. （物理評(píng)論A）》2.810

　　 《Phy. Rev.B. （物理評(píng)論B）》 3.070

　　 《Phy. Rev.C. （物理評(píng)論C）》 2.695

　　 《Phy. Rev.D. （物理評(píng)論D）》 4.363

　　 《Phy. Rev.E. （物理評(píng)論E）》 2.235

　　《中國科學(xué)A》 (英文版)0.340

　　《中國科學(xué)B 》(英文版)0.840

　　《中國科學(xué)C 》(英文版)0.396

　　《中國科學(xué)D 》(英文版)0.610

　　《中國科學(xué)E 》(英文版)0.376

　　《中國物理快報(bào)》(英文版)0.813

　　《中國數(shù)學(xué)年鑒》(英文版)0.144

　　 《中國分析化學(xué)年鑒》(英文版)0.288

　　從這個(gè)表中可以看到最顯著的一個(gè)特征，就是盡管大家都已列入《SCI》系統(tǒng)，實(shí)際水平相差卻十分巨大。你在這表上的任何一個(gè)刊物上發(fā)表了一篇論文，就可以算你有了一篇《SCI》論文，對(duì)于不追究你是多大影響因子的《SCI》的人講，這可能很了不起，但對(duì)真正的內(nèi)行人講，他一定會(huì)追究你是多大影響因子的《SCI》，那就會(huì)顯原形了。從物理類講只有在《物理快報(bào)》或《 物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表的論文才能算是高水平的論文。而通常我們講的《物理評(píng)論》卻不行，影響因子比前兩種差了一大截，至多可算是中等水平吧。而我國平常把《中國科學(xué)》看成是最高水平的刊物，也列入了《SCI》，但拿影響因子來衡量，就差得更遠(yuǎn)，差一個(gè)數(shù)量級(jí)。如果拿國際高標(biāo)準(zhǔn)來衡量，《中國科學(xué)》就只能算是水平較低的刊物，沒有什么人引用，在國際上沒什么影響。所以現(xiàn)在確實(shí)是到了應(yīng)該破除對(duì)《SCI》迷信的時(shí)候了，否則它會(huì)阻礙我國科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。如果我們迷戀于《SCI》論文的篇數(shù)，就會(huì)引導(dǎo)我國科研人員不能下大決心出真正是國際高水平，在國際上有大影響的成果，而滿足于低水平的重復(fù)湊數(shù)，對(duì)我國科研事業(yè)發(fā)展很是不利。當(dāng)然也有不是憑論文篇數(shù)，而是憑論文水平來評(píng)的。特別是國家級(jí)的評(píng)審就是如此。例如國家教育部評(píng)審國家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科的工作，他們就不是以《SCI》論文多少為準(zhǔn)，相反它限制每一個(gè)學(xué)科組，不管你有多少人，你的《SCI》論文再多它都不要，而只要20篇有代表性的論文，平均下來每人至多只要幾篇就夠了。大家報(bào)上來的都是20篇，又怎么去評(píng)呢。從理論物理學(xué)科看，就是要看影響因子的大小，北京師范大學(xué)的理論物理平常知名度和我們南開大學(xué)的理論物理差不多，但在它的20篇送審論文中有幾篇《物理評(píng)論快報(bào)》的高水平的論文，而我們卻一篇都沒有，只到《物理評(píng)論》為止，從影響因子看，比《物理評(píng)論快報(bào)》的差一大截。結(jié)果北京師大的理論物理那次被評(píng)為重點(diǎn)學(xué)科，而我們卻沒評(píng)上。也有人可能要提出不同意見，說：不應(yīng)拿刊物的水平來決定論文的水平。發(fā)表在較低水平刊物上的論文，不一定每篇論文都低，發(fā)表在較高水平刊物上的論文，不一定每篇論文都高。這話也對(duì)，這個(gè)問題在評(píng)國家自然科學(xué)獎(jiǎng)的工作中解決得比較好。在論文篇數(shù)上，評(píng)國家自然科學(xué)獎(jiǎng)也有限制，也不看《SCI》的多少。有朋友曾問過我，我那贏得國家自然科學(xué)獎(jiǎng)的成果上報(bào)時(shí)，送審了幾百篇論文？以為必定要有幾百篇論文，才能評(píng)上國家大獎(jiǎng)。其實(shí)這完全是誤解。國家大獎(jiǎng)也完全不是以《SCI》篇數(shù)取勝，相反它也限制在20篇代表作上，再多也不管用。那它根據(jù)什么來評(píng)呢，也是看水平。但與評(píng)國家級(jí)重點(diǎn)學(xué)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，本質(zhì)上和評(píng)價(jià)刊物水平高低一樣，看有沒有人引用你，特別是要看國際上有沒有人引用你，引用了多少次，引用是什么性質(zhì)的，是一般性的呢，還是有重要性質(zhì)的引用，這樣就更科學(xué)更準(zhǔn)確。不會(huì)發(fā)生以刊物水平定高低的偏差。以我2000年榮獲1999年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)的成果為例，在上報(bào)20篇論文中，確有發(fā)表在影響因子相當(dāng)?shù)偷目�物上。比如《中國科學(xué)》，它的影響因子不到1，水平是夠低了，但最終還是評(píng)上大獎(jiǎng)，靠的就是因?yàn)橐�用多。�?duì)我這20篇代表作，國際同行引用有100多篇。我把這100多篇引用都查出并復(fù)印出來報(bào)上去，份量要比我本身的20篇大得多。其中還有重要引用，有些是以實(shí)驗(yàn)來證實(shí)了我的理論預(yù)測(cè)的，這就比一般引用重要的多，對(duì)理論文章而言，這種引用有決定意義。也有是不僅為《SCI》刊物所引用，而且引用在國際著名學(xué)者的學(xué)術(shù)專著上，載入了國際相應(yīng)學(xué)科的發(fā)展史。例如前面幾章曾談到的巴切勒和我的論文曾被引用在國際著名膠體科學(xué)家羅塞爾等人和東特的兩部膠體科學(xué)著作。又例如，本章將要談到的我們?cè)谠莆锢砩系恼撐模�雖然它是發(fā)表在《中國科學(xué)》上，影響因子相當(dāng)?shù)汀５�這篇論文曾被國際著名云物理學(xué)家普魯帕克(Pruppacher)和克萊特（Klett），以及戈頓（Cotton）和 安塞斯(Anthes) 等兩組科學(xué)家，引用在他們的兩部云物理專著上。這是兩部國際云物理發(fā)展特別是20世紀(jì)的發(fā)展史。能被引用在這兩部史冊(cè)上，自然是論文的意義重要的很好的證明。這些例子，都一再說明了刊物水平高低，對(duì)國家大獎(jiǎng)來說，不那么重要，重要的是論文本身水平的高低，那就要看有沒有人引用，有沒有重要引用。這些才是是更重要的因子。最近在《光明日?qǐng)?bào)》的“院士論壇”專欄，我國著名生物物理學(xué)家鄒承魯院士和另一位院士合寫了一篇文章，文章的中心就是談的《SCI》問題。他們對(duì)《SCI》論文所表示的看法和我們這里談的一致。就是不應(yīng)該以《SCI》論文的數(shù)量來評(píng)判水平高低，關(guān)鍵要看質(zhì)量，質(zhì)量高低看引用。他們?cè)谖恼轮姓f，我國現(xiàn)在從《SCI》論文數(shù)量來看已經(jīng)很多了，在世界上排名第6，似乎可以說我國科研水平已位居國際前列。但他們接著說，其實(shí)不然。原因就在于引用，鄒承魯院士說如果考察論文被引用的情況，我國論文被引用的情況就很不妙，排名次序要降到第18位。鄒承魯院士又說，以上講的引用還包括了國內(nèi)同行的引用，如果把國內(nèi)同行引用排除在外，只看國際同行引用，那就差得更遠(yuǎn)。鄒院士對(duì)這一點(diǎn)沒有給出具體排名順序，但從我們前面表中所引《中國科學(xué)》的影響因子只有零點(diǎn)幾，較之國際最高水平差一個(gè)數(shù)量級(jí)，就可以看出，若僅從國際同行引用來考察，我國學(xué)者的論文排名必定還要靠后，徹底改變我國科研事業(yè)在國際上的地位，趕上國際先進(jìn)水平還有一段長路要走。這里首要的一環(huán)就是要端正指導(dǎo)思想，糾正“出《SCI》，出人才”的錯(cuò)誤指導(dǎo)思想，回歸到“出成果，出人才”的軌道上來。這才是發(fā)展我國科學(xué)事業(yè)的康莊大道。

　　6．3 在顧震潮先生的領(lǐng)導(dǎo)下

　　6．3．1 投身于人工降水的飛行作業(yè)

　　前已講到，由于大氣所領(lǐng)導(dǎo)貫徹執(zhí)行《十四條》的精神，我們最終被劃歸到顧震潮先生的領(lǐng)導(dǎo)下，開始了人工降水和云物理的研究工作。首先仍然是人工降水，《十四條》講了，要任務(wù)帶學(xué)科。所以首先仍然要搞人工降水，不過不再局限于西北地區(qū)。1961年夏，湖南地區(qū)干旱嚴(yán)重，中央集中了一批力量，調(diào)集了八架運(yùn)輸機(jī)在湖南搞大面積人工降水實(shí)驗(yàn)。軍區(qū)參謀長親自指揮，和科學(xué)院合作。顧先生帶領(lǐng)我們參加了這項(xiàng)大規(guī)模人工降水實(shí)驗(yàn)。參謀長很緊張，說八架大飛機(jī)同時(shí)在一個(gè)省的上空做人工降水作業(yè)飛行是從來沒有過的事，生怕出事。每天都親臨現(xiàn)場(chǎng)，小心翼翼地指揮。幸好沒有出事。雖然這確實(shí)是非常危險(xiǎn)的工作。原來按飛行條令，飛機(jī)不能靠近積雨云。和不能在山區(qū)作低空飛行一樣，積雨云同樣是飛行禁區(qū)。通常民航飛機(jī)遇到積雨云只能繞著走，禁止靠近，更不得進(jìn)入。而人工降水作業(yè)飛機(jī)，不但要靠近，而且要進(jìn)入云內(nèi)實(shí)行催化作業(yè)。這就十分危險(xiǎn)，每次進(jìn)入積雨云作業(yè)時(shí)，飛機(jī)都顛簸得十分厲害。使催化作業(yè)，觀測(cè)云的微物理結(jié)構(gòu)都非常困難。我因患有暈機(jī)病，每次進(jìn)入積雨云作業(yè)時(shí)都嘔吐不止，無法工作。1964年夏季，上海地區(qū)又發(fā)生干旱，顧先生帶領(lǐng)我們又在上海地區(qū)實(shí)行人工降水飛機(jī)催化作業(yè)。顧先生看我實(shí)在吐得厲害，有一次就讓我坐在飛機(jī)上停止作業(yè)工作，只靜靜地坐在位子上不動(dòng)，看能否適應(yīng)，結(jié)果還是不行。真巧那次飛行竟發(fā)生了一次自我們開展飛機(jī)作業(yè)飛行以來，最嚴(yán)重的一次顛簸，給我的感覺好像一下子跌入萬丈深淵中去，飛機(jī)被云中氣流一下子打下幾百米，幸好飛機(jī)沒有出事，但我肚子里的東西都早已吐空了，但還要吐最后就把血都吐出來了，嚇得顧先生對(duì)我說，今后只好取消你飛行作業(yè)的資格。但是，據(jù)我了解后來再也沒有實(shí)行過飛機(jī)人工降水作業(yè)，直到現(xiàn)在人們實(shí)行作業(yè)時(shí)，都改為由地面，使用高炮、火箭對(duì)天空的積云射擊，實(shí)行炮轟和火箭彈的催化。這樣更安全一些�？赡苣谴物w行雖然最后安全返航，沒有摔飛機(jī)，但很可能飛行部門也提了意見，這種違反飛行條令的事情實(shí)在太危險(xiǎn)，難免不會(huì)出事。據(jù)說平常我們作業(yè)飛行雖說要穿積雨云，但實(shí)際上飛行員還是盡量避免太深入，都是搽邊，在積雨云邊緣處穿插。那次是不小心，一下子深入到積雨云中心，結(jié)果發(fā)生了我們自飛行以來，最為嚴(yán)重的顛簸事件。別的沒有嘔吐的同志，盡管能控制住自己不嘔吐，但也十分難受，臉色全成煞白了。幸好老天爺還算照顧，沒有出事。也有一件趣事，1961年夏，在湖南進(jìn)行飛行催化作業(yè)時(shí)，住在軍用機(jī)場(chǎng)，和參謀長搞得比較熟了。有一次他問我們，你們?yōu)槭裁窗杨櫿鸪蓖�志叫顧先生，參謀長說在舊社會(huì)，大家都把為地主老財(cái)、資本家辦事的帳房叫先生，你們的顧震潮居然還是共產(chǎn)黨員，為什么也叫他先生。我們告訴他，我們叫的先生，和你講的舊社會(huì)的帳房先生不是一回事�，F(xiàn)在在我們科學(xué)院，也包括在高等學(xué)校，大家對(duì)學(xué)問大，水平高的長輩都尊稱為先生。不能叫 顧老師，更不能叫老顧。而“先生”兩字表達(dá)了我們對(duì)有學(xué)問的長輩的尊敬，參謀長這才表示理解。

　　6．3．2 人工影響天氣的進(jìn)一步發(fā)展

　　人工影響天氣的工作很重要，從那時(shí)起直到現(xiàn)在，我國各地氣象部門對(duì)此繼續(xù)開展了大量的工作，收到了很好的效果，為各地經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展作出了有價(jià)值的的貢獻(xiàn)。例如，人工增雨就是一項(xiàng)成績不小的工作。但有時(shí)在群眾中會(huì)寄予過分的希望。去年我的一位不是搞氣象的朋友曾問我一個(gè)問題，他說“南水北調(diào)能否不走陸路而走空中，使用人工降水辦法來把南方的水調(diào)過來，解決北方干旱問題。”我答復(fù)是：“不可能”。我說人工降水是有條件的，這個(gè)條件就是要有云，而且不是一般的什么云都可以用來人工降水，必須云層十分厚，云中含水量十分大，空氣中水汽含量大，水份供應(yīng)十分充足。這就大大超過我們?nèi)祟惉F(xiàn)有的控制能力。北方干旱地區(qū)常常是為高氣壓所控制，在高氣壓控制的地方，都是下沉氣流，晴空萬里，不可能有降水云出現(xiàn)。要形成云，要形成雨層云、積雨云那樣的云，就必須要由 低氣壓控制，如低渦。在這種天氣形勢(shì)下，才會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的上升氣流，才會(huì)有南方暖濕氣流過來補(bǔ)充水份，這就涉及到要調(diào)整大氣環(huán)流的形勢(shì)，但從人類現(xiàn)在所掌握的能量看，還是太渺小了，根本不可能控制和調(diào)整大氣環(huán)流形勢(shì)。當(dāng)年大躍進(jìn)時(shí)，我們科學(xué)院提過“改造西北干旱氣候”的口號(hào)，中央氣象局也成立過“人工控制天氣研究所”，但實(shí)踐很快證明此路不通。我們只好收起“改造氣候”的口號(hào)，中央氣象局也把那個(gè)研究所改為“人工影響天氣研究所”。雖然如此，多年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，局地的人工影響天氣，例如人工增雨和人工防雹等等，卻是有效的，而且很有必要。幾十年來我國在這方面已經(jīng)做了大量的工作。許煥斌教授等人的新作，《雹云物理與防雹的原理和設(shè)計(jì)》（2004，氣象出版社），對(duì)此做了很好的總結(jié)，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。有興趣的讀者，可參閱此書。

　　6．3．3 建立湖南衡山高山云霧站

　　按照《十四條》精神，人工降水工作對(duì)科學(xué)院大氣所講，不是目的，目的是帶出云物理學(xué)科。因此，與開展人工降水的同時(shí)，(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁)

　　甚至更早一些時(shí)候，大氣所就開始籌建高山云霧站，以取得對(duì)云物理結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)。雖然我們開展人工降水飛行作業(yè)時(shí)，也同時(shí)在飛機(jī)上對(duì)云物理的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)，但那不能有系統(tǒng)、有組織、有計(jì)劃大量地進(jìn)行。在當(dāng)時(shí)條件下，只有建立高山云霧實(shí)驗(yàn)站，才能對(duì)我國云霧微物理特征進(jìn)行有系統(tǒng)的，有組織有計(jì)劃的大量觀測(cè)。為此有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)從當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)請(qǐng)來了一位高山云霧實(shí)驗(yàn)專家蘇拉克維里澤（Сулаквелидзе Г. К.），經(jīng)過他在我國各地考察選定了在湖南南岳衡山建立云霧實(shí)驗(yàn)站。他認(rèn)為衡山的地形和云霧條件是他所見到的最理想的觀測(cè)云物理結(jié)構(gòu)的好地方。于是，我們這些前兩年登上了西北祁連山的青年人，現(xiàn)在又被召登上了南岳衡山云霧之鄉(xiāng)。不過那次在祁連山是搞融冰化雪作業(yè)，根本沒有想到要帶動(dòng)什么學(xué)科，要出什么科研成果。而這次卻有著明確的目的，要進(jìn)行研究，研究我國云霧物理實(shí)際情況，要出科研成果。當(dāng)時(shí)的條件很差，山上沒有糧，就要自己背糧上山。山上沒有住的地方，就借住在和尚廟里。沒有實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，就借氣象局的高山氣象觀測(cè)站。沒有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，就自己動(dòng)手。還是土法上馬，那時(shí)人們的政治熱情都非常高，只要說是黨的號(hào)召，人民的需要，馬上就會(huì)挽起袖子來動(dòng)手干。在顧震潮先生的領(lǐng)導(dǎo)下，很快研制出觀測(cè)云霧的基本設(shè)備──三用滴譜儀，它既能觀測(cè)云滴微結(jié)構(gòu)（包括云滴的數(shù)密度和云滴隨其半徑大小的分布），又能觀測(cè)大氣凝結(jié)核和云中含水量。在動(dòng)力上既可手動(dòng)，又可電動(dòng)，解決了當(dāng)時(shí)的觀測(cè)云霧設(shè)備問題。幾年下來，積累出我國第一批高山云霧微結(jié)構(gòu)資料。由科學(xué)出版社出了一本�？�，為開展我國云霧研究打下了初步基礎(chǔ)。特別應(yīng)當(dāng)提一下的是，我的北大老同學(xué)許煥斌所作的貢獻(xiàn)。他畢業(yè)以后被分配到中央氣象局，然后被保送到蘇聯(lián)進(jìn)修云物理。回國后，以中央氣象局的專家身份參加了科學(xué)院大氣所建設(shè)高山云霧實(shí)驗(yàn)站的工作。當(dāng)時(shí)他還兼做蘇聯(lián)專家蘇拉克維里澤的翻譯，許煥斌教授的思想活躍，具有敏銳的物理洞察力。他對(duì)云霧站的貢獻(xiàn)是多方面的。前面提到的三用滴譜儀就是他設(shè)計(jì)發(fā)明的。此外，他還是我國最早認(rèn)識(shí)到云物理參數(shù)存在不均勻的起伏狀態(tài)，并且對(duì)云的微物理過程有重要作用的人。在衡山高山云霧站工作期間，他有意識(shí)地進(jìn)行了一系列的云中含水量的連續(xù)觀測(cè)，測(cè)出了第一批云中含水量起伏的數(shù)據(jù)，所得數(shù)據(jù)顯示在層積云的底部，在幾米到十幾米的尺度上，云中含水量存在著起伏狀態(tài)，起伏強(qiáng)度為10％到30％。這是非常寶貴的重要資料，然而遺憾的是當(dāng)時(shí)領(lǐng)導(dǎo)上沒有認(rèn)識(shí)到許煥斌的這個(gè)工作的重要性而被停了下來，直到后來早期的云滴隨機(jī)增長理論和我的“對(duì)流暖云大云滴隨機(jī)生長的馬爾柯夫過程理論”出來以后，才認(rèn)識(shí)到許的工作重要性。不過這時(shí)他已回到中央氣象局，他所取得的數(shù)據(jù)就只好由我們整理出來，在1964年仍然以他的名義發(fā)表在《氣象學(xué)報(bào)》上，1965年又發(fā)表在《中國科學(xué)》（英文版）上。

　　衡山云霧實(shí)驗(yàn)站搞了幾年，最后終于停了下來，條件實(shí)在太差了。高山上空氣潮濕，洗出來的衣服幾天都干不了，過冬尤其艱苦，濕冷難忍，一位在山上堅(jiān)持了兩個(gè)冬天的同志終于得了嚴(yán)重的關(guān)節(jié)炎。另一方面，高山云霧站也有局限性，所測(cè)得的都是云底部的情況，測(cè)不到更重要的內(nèi)部情況，包括上升氣流和湍流以及溫度、壓力、水汽、含水量時(shí)空四維的結(jié)構(gòu)，以及相應(yīng)的云滴、大云滴、雨滴時(shí)空四維結(jié)構(gòu)。所以后來也就撤銷了。

　　6．3．4 抓住云的微物理的中心問題

　　顧先生帶領(lǐng)我們搞云物理最大的功績，就是引領(lǐng)我們抓住了云的微物理的中心問題──雨滴的形成問題，抓住了當(dāng)時(shí)國際上的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)，暖云中大云滴的形成問題。云物理中要研究的問題很多，從大的方面來講，就分兩大類，動(dòng)力學(xué)和微物理。動(dòng)力學(xué)又分積云動(dòng)力學(xué)、層狀云動(dòng)力學(xué)，中尺度氣象等。微物理方面則又包括氣溶膠凝結(jié)核的核化，云滴，大云滴，雨滴，冰晶，雪晶，冰雹，起電，電結(jié)構(gòu)，閃電，大雨滴的形狀和破碎等許多問題。在這眾多的問題當(dāng)中，就微物理方面講，中心問題就是雨滴形成問題，而當(dāng)時(shí)國際上的焦點(diǎn)就是暖云中大云滴的形成問題。一個(gè)雨滴，從凝結(jié)核核化開始長成對(duì)流云的云滴，半徑增大了兩個(gè)量級(jí)（從0.1微米長到10微米），體積增加了100萬倍。再從云滴開始長成一個(gè)雨滴，半徑又增加了兩個(gè)量級(jí)（從10微米長到1000微米），體積又增加了100萬倍。這過程主要由云滴碰并完成，則可知道要有100萬個(gè)云滴才能合并成一個(gè)雨滴，過程的艱巨性可以想見。如何解釋自然界降水過程中，是什么因素推動(dòng)著降水云中不斷地從大量云滴里在足夠短的時(shí)間產(chǎn)生足夠量的雨滴就成為云的微物理中一個(gè)中心問題。這一問題的難點(diǎn)是在如何穿越20－30微米半徑區(qū)間，這一半徑區(qū)間對(duì)凝結(jié)增長而言太大了，因之，靠凝結(jié)穿過這一區(qū)間要幾個(gè)小時(shí)，對(duì)重力碰并增長而言又太小了，靠它來穿越這一區(qū)間需要十幾個(gè)小時(shí)。這都無法解釋自然界降水為什么可以在更短的時(shí)間內(nèi)形成，特別是陣雨從云的形成到產(chǎn)生降水最快半小時(shí)即可。于是就吸引了眾多的云物理學(xué)家進(jìn)行了大量的探索工作，以求解開這個(gè)謎。1935年貝吉龍（Bergeron）提出了一個(gè)冷云降水學(xué)說。他的學(xué)說假定當(dāng)云層伸展到相當(dāng)高的高度時(shí)，在那里會(huì)出現(xiàn)大量的過冷水滴，在這種過冷云中，一旦出現(xiàn)少量的冰晶，則因?yàn)樵诒�水共存條件下，在冰面會(huì)出現(xiàn)非常驚人的高強(qiáng)度的水汽過飽和，當(dāng)溫度為攝氏－10度時(shí)，冰晶表面的過飽和度會(huì)達(dá)到10％，當(dāng)溫度進(jìn)一步降到攝氏－20度時(shí)，冰晶表面水汽過飽和度會(huì)進(jìn)一步加大到20％。而 通常暖云條件下，人們公認(rèn)的云滴表面的水汽過飽和度只有0.05％，比貝吉龍的冷云條件下的小200倍到400倍。因此，在貝吉龍的冷云條件下，過冷云滴向冰晶上轉(zhuǎn)移凝華，使冰晶長大的速率，要比通常暖云凝結(jié)增長速度快好幾百倍，完全可以解釋陣雨的形成。1939年芬代森（Findeisen）發(fā)表了在德國的降水云觀測(cè)資料，芬代森從數(shù)以千計(jì)的降水云的觀測(cè)證明，其云頂溫度都降到攝氏－20度以下，使貝吉龍的假說得到了證實(shí)。此后，人們就稱為貝吉龍-芬代森冷云降水學(xué)說，這個(gè)學(xué)說得到了國際云物理界的承認(rèn)。然而進(jìn)一步的研究表明，歐洲的緯度太高。在歐洲以外的中緯度和低緯度地區(qū)，降水云層常常整個(gè)云體溫度均高于攝氏0度，在這里，貝吉龍的冷云降水過程失效。而在我國開展人工降水、云物理的觀測(cè)也表明，即使積雨云，云頂在冰晶化以前，當(dāng)它還處于全暖的濃積云階段就已出現(xiàn)了20─30微米的大云滴。對(duì)此，貝吉龍的冷云降水過程也無法解釋。因此暖云降水問題就成為那時(shí)云物理國際舞臺(tái)上大家所矚目的一個(gè)熱點(diǎn)，是當(dāng)時(shí)的一個(gè)國際前沿課題。雖然本書第一章中已經(jīng)講過，在當(dāng)時(shí)我國云物理還是一片空白，不僅我們這些年輕人沒有在大學(xué)里學(xué)過云物理，就是顧先生等老一輩氣象學(xué)家也沒有學(xué)過。顧先生本人一直都在從事天氣動(dòng)力學(xué)的研究。他和葉篤正先生合作，對(duì)于“西藏高原對(duì)東亞大氣環(huán)流及中國天氣的影響的研究”，達(dá)到了很高的水平，因此而獲得1956年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)。它是我國大氣科學(xué)界所獲得的第一個(gè)國家大獎(jiǎng)，也是“文革”前大氣科學(xué)界所獲得唯一的一項(xiàng)大獎(jiǎng)。盡管如此，一旦國家需要顧先生還是毅然決然地放棄了他所熟悉的領(lǐng)域，帶領(lǐng)我們這幫當(dāng)時(shí)還毫無經(jīng)驗(yàn)的年輕人勇敢地挑起了開創(chuàng)我國云物理事業(yè)的重?fù)?dān)。他找來了當(dāng)時(shí)英國著名的云物理學(xué)家梅森（B.J.Mason,注：這個(gè)梅森和前面膠體科學(xué)中的梅森不是一個(gè)人，那位是加拿大人，全名是S.G.Mason）,1957年英文原著《云物理學(xué)（The Physics of Clouds）》（梅森的書，在1971年出了修訂的第二版，1979年大氣物理所的同行們把第二版的《云物理學(xué)》譯成中文由科學(xué)出版社出版）組織我們學(xué)習(xí)。除此之外，他還找來大量當(dāng)時(shí)國際上研究暖云中大云滴形成的文獻(xiàn)，把它們分給我們這幫年青人，分頭學(xué)習(xí)，然后各自向大家報(bào)告。輪到我報(bào)告時(shí)。我把所分到的文獻(xiàn)的大致內(nèi)容介紹過后，把它們?cè)u(píng)論了一番，這個(gè)也不對(duì)，那個(gè)也有問題。在我的評(píng)論下，它們一無是處，顧先生聽了后挺高興，認(rèn)為我這個(gè)報(bào)告很好。接著又問我，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。這是我的短處，我長于發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有工作，現(xiàn)有理論中的問題，具有王國維先生所說的“西風(fēng)凋碧樹”的精神，但缺乏找到新的辦法來解決問題的創(chuàng)新精神，則無法“獨(dú)上高樓，望盡天涯路”。這是由于前已講到的我在大學(xué)中數(shù)學(xué)物理課程學(xué)得太少，不足以應(yīng)付那時(shí)所要開展的云物理工作有關(guān)。

　　終于有一天顧先生非常高興地對(duì)我們說，我們?cè)谔K聯(lián)學(xué)習(xí)云物理的一位研究生已經(jīng)找到解決問題的新道路，他現(xiàn)在已學(xué)成回國。他把隨機(jī)過程論引入云物理中暖云云滴增長研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)此過程不僅可以很容易地解釋暖云大云滴的形成，而且可以容易地解釋暖云降水中雨滴的形成過程。這就是早期的云滴隨機(jī)增長理論。馬上它得到了國內(nèi)有關(guān)方面很高的評(píng)價(jià)。被認(rèn)為是解決了暖云降水難題的重大進(jìn)展。不久他就被越級(jí)提拔，從一個(gè)12級(jí)的研究實(shí)習(xí)員，越過中級(jí)職稱的助理研究員階段，連升5級(jí)，成為7級(jí)副研究員。同時(shí)還要我們認(rèn)真學(xué)習(xí)他的理論，于是我們這幫在學(xué)校中從沒有學(xué)過云物理也沒有學(xué)過隨機(jī)過程論的人，就掀起了一個(gè)學(xué)習(xí)這個(gè)新理論學(xué)習(xí)隨機(jī)過程論的熱潮。

　　6．4我的第一個(gè)理論創(chuàng)新

　　6．4．1 早期云滴隨機(jī)增長理論的功過是非

　　通過學(xué)習(xí)我們認(rèn)識(shí)到這位朋友的早期理論果然是云物理中的一次重要進(jìn)展。以往的云滴增長理論都是均勻增長理論，那些理論對(duì)云滴增長所遇到的環(huán)境，都假設(shè)為相同的均勻分布。例如云滴凝結(jié)增長所遇到的云中水汽過飽和度是0.05％，那么所有的云滴就都只能在0.05%過飽和度下長大。又如云滴重力碰并增長所遇到的云中含水量是1克/米3，那么所有云滴就都只能在1克/米3含水量條件下長大。但是，早期的隨機(jī)增長理論則正確地指出,這個(gè)假定不對(duì)。事實(shí)上，云中，特別是對(duì)流云中存在著強(qiáng)烈的起伏，0.05％的水汽過飽和度和1克/米3的含水量只是它們的平均值。實(shí)際環(huán)境則會(huì)因云中湍流存在而有大有小，有起有伏。因此各個(gè)云滴所遇到的環(huán)境大不相同，必定會(huì)有少量的云滴“幸運(yùn)兒”存在，它們所遇到的是較之其它大量的“蕓蕓眾生”有利得多的環(huán)境。例如遇到云中水汽過飽和度特別大的地方，或者是云中含水量特別大的地方。這時(shí)它們就會(huì)以比一般云滴快得多的速度生長，成為大云滴，成為雨滴，而形成陣雨。雖然“幸運(yùn)兒”不可能多，只是很少一部分云滴，但觀測(cè)也早已證明，雨滴濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于云滴的濃度。要形成一次降水，不必要使所有云滴都變成雨滴。恰恰相反，僅僅其中很少一部分（即云滴濃度中的百萬分之一）長大“成人”，就足以產(chǎn)生一場(chǎng)大雨。

　　以上這個(gè)新思想還容易接受。但是自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)不同，它不僅要定性，而且要定量，如果發(fā)現(xiàn)了以上的新思想，但還找不出定量的計(jì)算方法，那就還不能說，他已建立了一個(gè)新理論。在這方面，我那朋友也找到了一個(gè)新方法，就是他把概率論的平穩(wěn)隨機(jī)過程論方法，引用來計(jì)算對(duì)流暖云的云滴究竟會(huì)有多少“幸運(yùn)兒”產(chǎn)生，產(chǎn)生的速度有多快。結(jié)果是十分樂觀的。按照他的計(jì)算，不僅大云滴的生長障礙區(qū)（半徑20－30微米）可以很快突破，就是半徑為1000微米的雨滴也可在2000秒內(nèi)形成（也就半個(gè)小時(shí)多一點(diǎn)）。于是“天下太平”了，暖云降水之謎好像謎底揭曉了，人們慶幸在我們這里誕生了一個(gè)可以和當(dāng)年貝吉龍和芬代森冷云降水學(xué)說相比擬的暖云降水學(xué)說。

　　本書第一章中已經(jīng)談到科學(xué)有它的繼承性，我們這里談到的早期隨機(jī)增長理論也不例外。遠(yuǎn)在1958年西方學(xué)者，麥克唐納（McDonald）就發(fā)表論文清晰地說明了這個(gè)新思想，即暖云降水是一個(gè)起伏的隨機(jī)過程，而非以往的均勻增長理論所斷言的那樣，所有云滴都會(huì)均勻同步地長大。麥克唐納用一個(gè)非常簡潔的圖來說明這一新思想。他在圖中非常形象地給出了暖云降水過程中五個(gè)不同階段的水滴大小，并標(biāo)出它們的濃度。第一階段凝結(jié)核，半徑為0.1微米，在圖上最小只是一個(gè)點(diǎn)，濃度是1000/厘米3 。第二階段是云滴，是次小，是個(gè)小園，半徑為10微米，濃度也是1000/厘米3。第三階段為大云滴，半徑為50微米，濃度是1/升(即1000厘米3,)。第四階段是云滴雨滴分界線──半徑為100微米。第五階段是雨滴，半徑為1000微米，最大，在圖中僅以一部分，像個(gè)大太陽的一角給出，濃度最小為103/米3。從這張圖人們馬上可以明白, 降水過程是一個(gè)隨機(jī)過程。雖然雨滴半徑比云滴大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁)

　　但雨滴濃度卻比云滴濃度小6個(gè)數(shù)量級(jí)，也就是說只要有百萬分之一的云滴長成雨滴，就可形成一場(chǎng)降水。從而指明所有成功的暖云降水理論，都必須運(yùn)用概率論、隨機(jī)過程論的方法才能解決問題。第一位運(yùn)用隨機(jī)過程理論來解決大云滴生長的是西方學(xué)者泰爾福德（Telford），時(shí)間是1955年。泰爾福德在那年發(fā)現(xiàn)了云中湍流以外的第二個(gè)隨機(jī)源。即云滴是以一個(gè)一個(gè)的個(gè)體存在，而非過去均勻增長理論中對(duì)云滴重力碰并增長要素，即含水量所假設(shè)的那樣，均勻地分布在整個(gè)空間。于是，一個(gè)云滴就只能和別的云滴逐個(gè)逐個(gè)隨機(jī)地相碰。有時(shí)它一個(gè)也碰不上，那就是說在這個(gè)時(shí)間里，它所遇到的云中含水量是0。但另一個(gè)時(shí)刻里，當(dāng)它碰上另一個(gè)云滴時(shí)，這時(shí)的云中含水量的就是水的密度1克/厘米3,折合成云中含水量的通常計(jì)量單位就是106克/米3，比原來均勻增長理論所用的對(duì)流暖云含水量1克/米3大了一百萬倍，起伏強(qiáng)度可謂驚人。完全可以預(yù)期，在這樣起伏的條件下，大云滴靠隨機(jī)重力碰并，必定可以更快地長大。泰爾福德在他1955年論文中使用了隨機(jī)過程中的純爆發(fā)型的馬爾柯夫過程論，用這種理論來研究一種最簡單的雙分散云。從而證明，這種隨機(jī)過程可以比以往均勻增長理論快6倍速度生長出大云滴來。所以應(yīng)該說云滴隨機(jī)增長理論是1955年由泰爾福德開創(chuàng)的。（注：純爆發(fā)型的馬爾柯夫過程，系指云滴通過碰并長大，半徑是爆發(fā)式的不連續(xù)地增長，兩個(gè)半徑為10微米的云滴并合后，新滴半徑躍增為12.6微米，而從10微米到12.6微米中間的大小則不可能存在）。另一方面由湍流起伏形成的較大尺度的云中含水量場(chǎng)的起伏，它首先是由許煥斌在南岳云霧站觀測(cè)到的。進(jìn)一步把隨機(jī)過程論中的平穩(wěn)隨機(jī)過程論方法引入于云物理之中，來計(jì)算由云中水汽過飽和湍流起伏場(chǎng)造成云滴隨機(jī)凝結(jié)增長的，則是1961年前蘇聯(lián)學(xué)者別利亞耶夫(Belyayev)。當(dāng)然他只是把這過程用來解釋云滴在云底部滴譜加寬過程，而沒有像我那位朋友所做的那樣，把平穩(wěn)隨機(jī)過程理論全面地應(yīng)用于云滴在各種各樣的起伏場(chǎng)條件下，通過云滴的隨機(jī)凝結(jié)增長和隨機(jī)的重力碰并增長，使得陣雨的雨滴得以產(chǎn)生。在這個(gè)意義上說，我那朋友的理論是自1955年泰爾福德首創(chuàng)隨機(jī)增長理論以來，人們所取得的一次可喜進(jìn)展。

　　上面談過早期隨機(jī)增長理論的“功”與“是”，至于這個(gè)理論的“過”與“非”，本書第一章中已經(jīng)談過。即它在引入平穩(wěn)隨機(jī)過程論時(shí)，對(duì)相關(guān)系數(shù)的處理犯了一個(gè)概念性的錯(cuò)誤。他丟掉了相關(guān)時(shí)間概念而使相關(guān)系數(shù)恒等于1，一直算到2000秒的生長時(shí)間。這完全錯(cuò)誤，除非相關(guān)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2000秒，而這根本不可能，因?yàn)樵浦型牧鲌?chǎng)都是有界大小，以云泡來估計(jì)，空間尺度為100米，時(shí)間尺度為幾分鐘，不可能遠(yuǎn)超過半小時(shí)。相關(guān)系數(shù)恒為1的意思是，云滴中某一“幸運(yùn)兒”遇到了特別有利的環(huán)境，此后在2000秒的生長過程中，就一直在這同樣的有利環(huán)境中生長，這當(dāng)然長得最快。反之，若加以相關(guān)時(shí)間的限制，過了相關(guān)時(shí)間以后，就要“重新洗牌”，原來的“幸運(yùn)兒”就可能遇到壞環(huán)境，生長速度就要慢下來。相關(guān)時(shí)間越短，“重新洗牌”的次數(shù)就越多，生長速度就越慢。很明顯，相關(guān)系數(shù)恒為1的假定，在物理上犯了夸大湍流起伏場(chǎng)作用的錯(cuò)誤。我的新理論就是在繼承他的正確思想的同時(shí)，要糾正他這個(gè)錯(cuò)誤。

　　6．4．2 我的“對(duì)流暖云大云滴隨機(jī)增長的馬爾柯夫過程理論”

　　這就是我的第一次理論創(chuàng)新。我首先仍然用早期理論的平穩(wěn)隨機(jī)過程的方法，只不過注入了相關(guān)時(shí)間的概念。為了穩(wěn)妥起見，我同時(shí)還引入了三種不同的相關(guān)結(jié)構(gòu)，以進(jìn)行比較。一是通常使用的指數(shù)衰減相關(guān)，二是正態(tài)衰減相關(guān)，三仍然是相關(guān)系數(shù)假定為1，只不過加進(jìn)相關(guān)時(shí)間的限制。在相關(guān)時(shí)間以內(nèi)，系數(shù)假定為1，但相關(guān)時(shí)間以外，就要衰減為0。新的計(jì)算表明，當(dāng)云滴生長時(shí)間小于相關(guān)時(shí)間時(shí)，相關(guān)結(jié)構(gòu)的影響才變得重要。當(dāng)云滴生長時(shí)間大于相關(guān)時(shí)間時(shí)，相關(guān)結(jié)構(gòu)的影響就退居次要地位，而相關(guān)時(shí)間的影響變成主要。所以弄清對(duì)流暖云湍流起伏場(chǎng)的相關(guān)時(shí)間究竟有多大，就成為首要任務(wù)。我先分析了湍流加速起伏場(chǎng)的相關(guān)時(shí)間，因?yàn)檫@個(gè)起伏場(chǎng)，在早期理論解釋陣雨雨滴形成時(shí)立了“大功”。由于柯爾莫果洛夫局地均勻各向同性湍流理論已經(jīng)證明，湍流加速起伏場(chǎng)的起伏強(qiáng)度特別大，可到100％，即湍流加速度可以大到與地球重力加速度g同級(jí)，在這樣強(qiáng)的起伏條件下，加上早期理論那個(gè)人為的相關(guān)系數(shù)恒等于1的假定，經(jīng)過隨機(jī)的重力碰并增長過程，很容易在2000秒內(nèi)產(chǎn)生出足夠數(shù)量的半徑為1000微米的雨滴來。但他們沒有注意到，柯爾莫果洛夫湍流理論對(duì)于湍流加速起伏場(chǎng)，同樣證明了它是空間尺度十分小的起伏場(chǎng)，一般只是內(nèi)尺度，也就是說是厘米，甚至是毫米尺度�？梢杂迷频巍⒂甑纬两禃r(shí)穿過湍流起伏加速場(chǎng)微團(tuán)的時(shí)間來估計(jì)其相關(guān)時(shí)間，在某一個(gè)湍流加速起伏微團(tuán)中穿行時(shí)，相關(guān)系數(shù)可認(rèn)為是1，但當(dāng)穿過這個(gè)微團(tuán)，進(jìn)入另一個(gè)湍流加速起伏微團(tuán)時(shí)，它和前一個(gè)時(shí)段中所遇到的 云中加速度就完全無關(guān)了，需要“重新洗牌”。這樣算下來，湍流加速場(chǎng)相關(guān)時(shí)間只有10－3－10－1秒。除了用這一方法估算出湍流加速場(chǎng)的相關(guān)時(shí)間外，我還從湍流加速場(chǎng)和湍流速度場(chǎng)之間的關(guān)系，來估算湍流加速場(chǎng)的相關(guān)時(shí)間。由于加速場(chǎng)的時(shí)間積分就是速度場(chǎng)，就同樣可以用平穩(wěn)隨機(jī)過程方法計(jì)算出它們之間的關(guān)系。對(duì)流云中的湍流速度場(chǎng)的起伏強(qiáng)度很大，也可達(dá)到與云中平均上升氣流速度同級(jí)的程度，即可達(dá)到10米/秒。湍流速度場(chǎng)的特征時(shí)間可以用云泡的生命估計(jì)，是幾分鐘，量級(jí)為102秒，由此可估算出湍流加速起伏場(chǎng)的生命特征時(shí)間，即相關(guān)時(shí)間為10－3－10－2秒，也非常短，基本上與前面用湍流加速場(chǎng)的空間尺度估計(jì)一致。于是事情就變得十分嚴(yán)重了，在不考慮相關(guān)時(shí)間條件下，似乎湍流加速起伏場(chǎng)可以在2000秒中產(chǎn)生足夠數(shù)量的雨滴，但是在引入相關(guān)時(shí)間概念后，這個(gè)起伏場(chǎng)不但無法在2000秒中生出足夠數(shù)量的雨滴來，就是足夠數(shù)量的大云滴也生長不出來。其原因就在于早期理論把湍流加速起伏場(chǎng)的相關(guān)時(shí)間夸大得太多了，至少它夸大了4－6個(gè)數(shù)量級(jí)，顯然這是個(gè)大錯(cuò)誤。

　　對(duì)于對(duì)流暖云中湍流加速場(chǎng)做了上述否定結(jié)論后，我就轉(zhuǎn)向剩余的兩個(gè)湍流起伏場(chǎng)，一是水汽過飽和起伏場(chǎng)，另一個(gè)是含水量起伏場(chǎng)。顯然，這兩個(gè)起伏場(chǎng)的相關(guān)時(shí)間可用對(duì)流云中的云泡來估計(jì)，由此可知，這兩個(gè)湍流起伏場(chǎng)之相關(guān)時(shí)間應(yīng)為102秒。雖然它比2000秒的生長時(shí)間小了一個(gè)數(shù)量級(jí)， 但比起湍流加速場(chǎng)的相關(guān)時(shí)間就大多了。計(jì)算表明，它雖然無法在2000秒時(shí)間長出足夠數(shù)量的雨滴來，但長出足夠數(shù)量的大云滴來卻完全可以。這樣就初步形成了我的新理論。與早期理論不同，我的新理論不再提雨滴的形成，現(xiàn)在的提法只是對(duì)流暖云大云滴短相關(guān)時(shí)間的隨機(jī)生長理論。這個(gè)理論1964年發(fā)表在《氣象學(xué)報(bào)》上。兩年后，由于顧震潮先生的推薦，我又把它翻譯成英文，1966年發(fā)表在《中國科學(xué)》英文版上。那時(shí)還處在極左思潮統(tǒng)治時(shí)期，人們不敢自作主張把它投往《中國科學(xué)》，否則會(huì)被人看成是“一篇論文主義”，個(gè)人主義思想。幸虧有顧先生及時(shí)推薦，因?yàn)槟且黄凇吨袊�科學(xué)》英文版，是“文革”前的最后一期。此后，“文革”就爆發(fā)了，包括《中國科學(xué)》在內(nèi)的所有學(xué)術(shù)刊物都被迫定刊。若推薦時(shí)間再晚，就無處可發(fā)表，國際同行就不可能知道我這一理論，也就不可能產(chǎn)生此后幾十年的影響。此是后話，這里暫且不表。

　　所謂“短相關(guān)時(shí)間的隨機(jī)過程”，實(shí)際就是馬爾柯夫過程。這過程在隨機(jī)過程中正式的名字叫“無后效隨機(jī)過程”。也就是說，在某一時(shí)刻t1，知道該隨機(jī)過程取值x1后，以后的情況就完全可以由t1時(shí)刻取值決定，而與t1時(shí)刻以前任何時(shí)刻的取值無關(guān)，哪怕是在t1時(shí)刻以前非�？拷黷1時(shí)刻的一瞬間，該過程的取值大小均與t1時(shí)刻以后的無關(guān)。顯然，這只有相關(guān)時(shí)間遠(yuǎn)小于該過程的特征時(shí)間時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)。否則的話，光知道t1時(shí)刻取值還不行，還得知道t1以前的某一時(shí)刻例如t0時(shí)刻的取值。但這還不行，還要知道t0時(shí)刻以前某一時(shí)刻取值大小，依此類推，問題就復(fù)雜多了。所以可以說馬爾柯夫過程是隨機(jī)過程中最簡單的一種，只有這種過程它的概率分布可以建立起相應(yīng)的微分方程來求解。對(duì)于像由水汽過飽和起伏場(chǎng)造成的云滴隨機(jī)凝結(jié)長大情況，就可用連續(xù)型的馬爾柯夫過程中的第二柯爾莫果洛夫方程（也就是西方講的�？�-普朗克（Fokker-Planck）方程）來描述。數(shù)學(xué)上這是一種對(duì)流擴(kuò)散方程，和本書前幾章講的對(duì)分布方程數(shù)學(xué)形式上相似。按照擴(kuò)散理論中的G.I.泰勒(G.I.Taylor)定理（這個(gè)泰勒是G.I.泰勒與數(shù)學(xué)上的泰勒級(jí)數(shù)不是一個(gè)人。G.I.泰勒是巴切勒的老師，20世紀(jì)上半葉的另一位國際流體力學(xué)大師。）擴(kuò)散系數(shù)應(yīng)是水汽過飽和起伏場(chǎng)強(qiáng)度和相關(guān)時(shí)間的乘積。當(dāng)云滴重力碰并中兩個(gè)滴大小差別較大時(shí)，大滴長大過程接近于連續(xù)式增長，也可近似地按連續(xù)型馬爾柯夫過程處理，其在半徑空間中的擴(kuò)散系數(shù)也可由含水量起伏場(chǎng)的強(qiáng)度和相關(guān)時(shí)間的乘積計(jì)算。由于不管是凝結(jié)增長，或是準(zhǔn)連續(xù)型的重力碰并增長，它們的半徑生長速度都與半徑大小有關(guān)，所以不可以直接在半徑空間上建立云滴譜（即云滴大小的概率分布）方程。經(jīng)過緊張的探索后，我找到了本書第一章講過的半徑空間的Z變換，這正是經(jīng)過“眾里尋他千百度”以后的又一次頓悟。之后我建立了這兩種連續(xù)增長的在Z空間中隨機(jī)擴(kuò)散式的生長方程，并求出了相應(yīng)的云滴譜的解析解，交給當(dāng)時(shí)在中國科技大學(xué)地球物理系的兩位同學(xué)，徐慶芳和李桂忱去計(jì)算。結(jié)論在物理上則與我第一篇論文一致，1966年發(fā)表在《氣象學(xué)報(bào)》上。也剛好是“文革”前最后一期�！拔母铩北�發(fā)以后就沒有機(jī)會(huì)再譯成英文在《中國科學(xué)》上發(fā)表了。此后，我的第一個(gè)理論創(chuàng)新的正式名字也就成為“對(duì)流云大云滴隨機(jī)增長的馬爾柯夫過程理論”。

　　按馬爾柯夫過程的微分方程解出來的大云滴生長情況，在物理上與1964年我按短相關(guān)時(shí)間的平穩(wěn)隨機(jī)過程計(jì)算出的一致，云中湍流加速起伏場(chǎng)仍然被否定，云中水汽過飽和起伏場(chǎng)和云中含水量起伏場(chǎng)仍然肯定對(duì)大云滴生長有作用，而不可能在雨滴生成中有直接的作用。另一方面，由于在馬爾柯夫過程論中有了滴譜方程（即云滴大小的概率分布方程），這就提供了一個(gè)比之平穩(wěn)隨機(jī)過程更加有力的數(shù)學(xué)工具。因?yàn)榘雌椒�(wěn)隨機(jī)過程論，人們直接計(jì)算出來的只能是云滴大小概率分布的一個(gè)特征量──表征概率分布離散程度的方差，而概率分布本身，卻是人為給定的假設(shè)�，F(xiàn)在有了云滴概率分布方程，滴譜就不再是人為假定的分布，而是從方程解出來的結(jié)果，這就使得人們可以處理更多更復(fù)雜的實(shí)際問題。沿著這條路線還有許多工作要做，從而可使理論更完善并更加符合實(shí)際。但是可惜這些后續(xù)工作也被“文革”打斷了。

　　更不幸的事是出在國際云物理舞臺(tái)上。以著名英國云物理學(xué)家梅森，和著名美國云物理學(xué)家普魯帕克為首的一批西方學(xué)者對(duì)于我們所提出的起伏凝結(jié)增長過程抱否定態(tài)度，他們只接受泰爾福德1955年提出的純爆發(fā)型雙分散云滴的隨機(jī)重力碰并過程，并進(jìn)一步把它發(fā)展成更符合實(shí)際的，純爆發(fā)型多分散云滴隨機(jī)重力碰并增長過程，結(jié)論卻很悲觀。本章上一節(jié)中講到的云滴的20－30微米生長障礙區(qū)雖然被縮小了，但并未能全部填平，只縮小到20－25微米之間。普魯帕克命名為云滴的“生長溝”，其寬度雖然很小，但他們的純爆發(fā)型多分散云滴隨機(jī)重力碰并過程理論卻再也跨不過去了。于是梅森在他的專著《云物理學(xué)，1971,第二版》中說到：“遺留下來的困難是：目前我們的凝結(jié)和碰并理論還不能闡明云滴是如何在幾分鐘內(nèi)超越20－25微米的臨界大小，除了在海洋上可出現(xiàn)足夠濃度的吸濕性巨核能引起凝結(jié)外，但這種情況在內(nèi)陸是太罕見了”。也就是說，在以梅森為首的西方學(xué)者眼里，暖云降水尤其是大陸型的暖云降水還是一個(gè)無解的謎。

　　他們?nèi)绾畏穸ㄍ牧髌鸱�凝結(jié)增長過程，以及這種否定又如何被證明是錯(cuò)誤，本章最后兩節(jié)將向讀者詳加介紹。這里想先介紹一下我們對(duì)泰爾福德1955年首創(chuàng)性的工作，以及我們對(duì)梅森 和普魯帕克的云滴“生長溝”的看法。

　　對(duì)于泰爾福德的雙分散純爆發(fā)型隨機(jī)碰并過程 ，我們也很看重，并加以發(fā)展。但我們不是把它向多分散方向發(fā)展，而是要它和我們的湍流起伏場(chǎng)的作用聯(lián)合起來考慮。首先就是由湍流引起的云中含水量起伏場(chǎng)，泰爾福德過程不承認(rèn)這種起伏，對(duì)背景含水量場(chǎng)作了均勻分布的假定，這個(gè)假定不符合對(duì)流暖云的實(shí)際情況。正如許煥斌60年代初在南岳衡山高山云霧站觀測(cè)到的，(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁)

　　對(duì)流暖云底部，空間尺度為幾米到十幾米的尺度上，含水量場(chǎng)就存在著10－30％的起伏。由此可估計(jì)到，對(duì)流暖云中部，空間尺度更大，含水量場(chǎng)會(huì)存在更大的起伏。于是在含水量大的地方，泰爾福德過程就會(huì)以比他均勻含水量條件下更快的速度產(chǎn)生出大云滴來。完全可以預(yù)計(jì)出，當(dāng)我們把這兩種起伏增長過程結(jié)合起來后，會(huì)有更好的結(jié)果。1966年我們用兩次概率加權(quán)的方法計(jì)算了這種聯(lián)合作用，果然要比單純的無含水量起伏的泰爾福德過程好得多。這個(gè)工作同年在《氣象學(xué)報(bào)》上發(fā)表。1976年圖梅（Twomey）和瓦爾納（ Warner）根據(jù)他們觀測(cè)到的對(duì)流云中實(shí)際含水量起伏資料指出，若云中高含水量區(qū)（含水量高達(dá)3克/米3是含水量平均值的3倍）能以1％的概率出現(xiàn)的話，那么在這個(gè)地方純爆發(fā)型的隨機(jī)重力碰并過程，就會(huì)以極快的速度產(chǎn)生出大云滴來，這個(gè)觀測(cè)與我們1966年的理論預(yù)測(cè)一致。

　　發(fā)展泰爾福德1955年雙分散純爆發(fā)型隨機(jī)重力碰并理論的第二條途經(jīng)，就是要使它和我們的湍流起伏凝結(jié)理論結(jié)合起來。正是用這種聯(lián)合作用可以解釋對(duì)流暖云中的實(shí)際過程如何填平梅森-普魯帕克的大云滴“生長溝”。仔細(xì)分析這個(gè)“生長溝”，它的起點(diǎn)是20微米半徑的云滴，它的終點(diǎn)是25微米的大云滴，非常巧兩個(gè)20微米半徑的云滴并合在一起，所形成的新滴剛好是25.2微米，也就是說一次純爆發(fā)型的隨機(jī)碰并就可以填平這個(gè)“生長溝”，這對(duì)泰爾福德過程有最好的效果，我們已經(jīng)指出泰爾福德過程隨著碰并次數(shù)的增加，生長時(shí)間就加長，生長空間也在加大，其隨機(jī)效應(yīng)就會(huì)逐漸被平滑掉。因此，一次爆發(fā)型碰并會(huì)有最好的隨機(jī)效果，這使得我們直接利用泰爾福德理論公式成為可能。余下的問題是兩個(gè)20微米大小的云滴的重力沉降速度相同，不可能產(chǎn)生重力碰并，然而我們?nèi)舭寻霃介g隔取成比平常數(shù)值計(jì)算時(shí)的1微米間隔更細(xì)，假定分成兩個(gè)0.5微米的間隔,那么原來平均半徑為20微米的半徑間隔由19.5微米到20.5微米。現(xiàn)在就成為兩個(gè)區(qū)間的滴譜濃度,一個(gè)是由19.5微米到20微米,平均半徑是19.75微米,另一個(gè)是20微米到20.5微米,此區(qū)間的平均半徑是20.25微米,這兩個(gè)云滴并合到一點(diǎn)形成一個(gè)新滴，新滴的半徑也剛好是25.2微米,一次并合就可以填平“生長溝”，同樣可以收到泰爾福德過程的最大效果，而這種效果是原來按1微米來劃分半徑區(qū)間的計(jì)算方法所無法得到的。于是我們就把泰爾福德理論直接用到兩個(gè)半徑間隔各為0.5微米的子區(qū)間所研究的兩種云滴,一個(gè)平均半徑是19.75微米,叫次20微米滴,另一個(gè)是20.25微米滴叫主20微米滴。當(dāng)然這兩種云滴重力沉降速度之差十分小,然而我們所要解決的是一個(gè)小概率問題,對(duì)此,這一點(diǎn)點(diǎn)重力沉降速度差也就足夠。還有一個(gè)問題要解決,就是主20微米滴如何才能達(dá)到足夠多的濃度,然后才可以通過與次20微米云滴的一次純爆發(fā)型隨機(jī)并合填平“生長溝”。產(chǎn)生小濃度（但已達(dá)到了雨滴濃度標(biāo)準(zhǔn)）的25微米半徑大云滴。這個(gè)問題只能通過我們所提出的湍流起伏凝結(jié)過程來解決。從凝結(jié)核到20微米大小，這區(qū)間本來就是由凝結(jié)過程控制，何況現(xiàn)在是起伏凝結(jié)過程。由這一過程應(yīng)該可不斷地產(chǎn)生足夠多的主20微米滴，然后再通過與次20微米滴一次并合產(chǎn)生出濃度達(dá)到雨滴濃度的25微米大云滴來，從而在幾秒鐘內(nèi)填平了梅森-普魯帕克 的大云滴“生長溝”。計(jì)算表明，這兩種隨機(jī)過程聯(lián)合作用的結(jié)果，完全可以解釋中緯度對(duì)流暖云的大云滴形成之謎。在十分理想的條件下，例如在低緯度熱帶雨林區(qū)的對(duì)流暖云，那里的水汽供應(yīng)異常充足，云中湍流強(qiáng)度也很大，則單一的起伏凝結(jié)就可在幾秒鐘內(nèi)填平“生長溝”產(chǎn)生出大云滴來。但一般條件下，特別是中緯度大陸地區(qū)，仍需湍流起伏凝結(jié)與一次純爆發(fā)型隨機(jī)重力碰并的聯(lián)合作用。以上就是我和朱珍華合作的結(jié)果，1987年發(fā)表在《氣象科學(xué)》上。

　　6．5 在國際云物理舞臺(tái)上引發(fā)的一場(chǎng)風(fēng)波

　　6．5．1 巴特萊特（Bartlett） 的發(fā)難

　　在我第一篇工作1966年用英文發(fā)表以后的兩年，國際上引發(fā)了一場(chǎng)風(fēng)波。首先發(fā)難的是英國氣象局學(xué)者巴特萊特, 1968年他在加拿大多倫多舉行的國際云物理會(huì)議上第一次對(duì)我們的理論提出了挑戰(zhàn)。隨后梅森就在他1971年《云物理學(xué)》第二版中，對(duì)巴特萊特的挑戰(zhàn)給予了強(qiáng)有力的支持，緊接著在1972年巴特萊特和瓊納斯（Jonas）又聯(lián)合在《英國皇家氣象學(xué)會(huì)季刊》上正式發(fā)表論文，充分闡明了他們的觀點(diǎn)。原來他們對(duì)云中水汽過飽和起伏場(chǎng)的來源，和我們有完全相反的觀點(diǎn)。他們認(rèn)為湍流場(chǎng)不是水汽過飽和起伏場(chǎng)的根源。相反，它是起伏場(chǎng)的“匯”（注：即把起伏場(chǎng)平滑掉的過程）。他們認(rèn)為湍流的作用，對(duì)起伏場(chǎng)而言，起的是混合作用，通過湍流混合，把不同大小水汽過飽和度的微團(tuán)混合起來，最后把起伏平滑掉。因此，他們認(rèn)為我們把對(duì)流云中各種起伏場(chǎng)的根源歸之為湍流的作用是完全弄錯(cuò)了。那么在對(duì)流暖云中實(shí)際存在的水汽過飽和起伏場(chǎng)又是從何而來呢？他們認(rèn)為那是由于對(duì)流云中上升氣流存在著起伏的緣故。上升氣流與湍流不同，前者是規(guī)則有序，后者則無規(guī)無序。雖然如此，他們卻認(rèn)為上升氣流仍然可以有起伏，正是這種上升氣流起伏造成了對(duì)流云中水汽過飽和度的起伏。云中水汽過飽和場(chǎng)的最初來源的確是上升氣流，由于空氣不直接吸收太陽的短波輻射，所以在上升氣流的作用下，高處氣壓低，低處氣壓高。氣塊在上升時(shí)會(huì)因絕熱膨脹消耗自己的內(nèi)能而降溫，隨著氣塊溫度的降低，氣塊的飽和水汽壓也就一起降低，直到達(dá)到飽和狀態(tài)，氣塊再上升，再降冷時(shí)水汽就達(dá)到過飽和狀態(tài)。可以證明上升氣流越強(qiáng)，水汽過飽和越大。上升氣流越弱，水汽過飽和越小。在巴特萊特的上升氣流起伏是對(duì)流云中水汽過飽和起伏的唯一根源觀點(diǎn)下，巴特萊特和瓊納斯1972年就能根據(jù)上升氣流起伏的大小，計(jì)算出相應(yīng)的對(duì)流云中水汽過飽和起伏大小。由水汽過飽和起伏情況，他們就能計(jì)算出云滴凝結(jié)增長的不同效果，過飽和大的地方，云滴長得大，反之云滴就長得小。由于他們認(rèn)為這是上升氣流起伏造成的，不是湍流。所以云滴在這種條件下，在云中運(yùn)動(dòng)的確切位置可以計(jì)算出來。他們假設(shè)在開始時(shí)刻，在云底有一個(gè)單分散的云滴群體，然后各自隨不同大小的上升氣流而做上升運(yùn)動(dòng)，一邊運(yùn)動(dòng)，一邊因凝結(jié)而長大，但長大的速度不同。上升氣流強(qiáng)的地方，水汽過飽和大，那里的云滴長得快，另一方面上升氣流弱的地方，水汽過飽和也小，那里的云滴長得就慢。過了一段時(shí)間以后，云滴大小就不再是原來的單分散譜，而成多分散“譜”。然而新形成的譜要打上一個(gè)括號(hào)，因?yàn)樗鼘?shí)際上不可能在同一高度上觀察到。在同一時(shí)刻，它們分散在整個(gè)云中不同高度。遭遇到強(qiáng)的上升氣流的云滴跑到云的上部，遭遇到弱的上升氣流的云滴，還留在底部。然后巴特萊特和瓊納斯考察實(shí)際滴譜分散度的情況。他們把考察點(diǎn)放在某一高度上。結(jié)果很有趣，雖然在同一時(shí)刻原來的單分散滴譜可以分散得比較開，云滴大小具有相當(dāng)大的分散度，半徑有大有小。但那是分散在整個(gè)云中。而在某一給定的高度上，情況卻恰恰相反，在那里我們看到的滴譜卻幾幾乎還是單分散的，云滴大小幾乎仍然相同，沒有分散開。這是因?yàn)樵诟叨冉o定時(shí)，遭遇上升氣流強(qiáng)的云滴，只經(jīng)歷了很短時(shí)間就到達(dá)那里。反之，遭遇上升氣流弱的云滴，要經(jīng)歷很長時(shí)間才運(yùn)動(dòng)到那里，這個(gè)時(shí)間長短的因素和所遇到的水汽過飽和度大小不同的因素，兩者剛好抵消，所以大家在給定高度上所看到的云滴的半徑大小都差不多，分散不開來。于是巴特萊特和瓊納斯在1972年的論文中就宣布，水汽過飽和起伏場(chǎng)雖然在對(duì)流云中確實(shí)存在，但它對(duì)云中某一高度上的云滴譜加寬沒有作用。

　　還需要補(bǔ)充兩點(diǎn)說明。第一，我們?cè)?0年代所建立的起伏凝結(jié)生長大云滴的理論，是一個(gè)生長過程理論，并不是云滴譜形成和加寬的理論。這兩者雖有聯(lián)系，但卻是兩個(gè)不同的問題。后者要更復(fù)雜，從巴特萊特和瓊納斯的工作看，由云滴生長理論發(fā)展到云滴譜加寬理論，至少就要加進(jìn)云滴在云中運(yùn)動(dòng)的情況，而巴特萊特和瓊納斯所考慮的云滴在云內(nèi)運(yùn)動(dòng)情況又太簡單了。他們只研究了云滴在上升氣流作用下在云中運(yùn)動(dòng)，而沒有考慮湍流， 而如果我們?cè)侔淹牧骷舆M(jìn)來后，云滴在一定的時(shí)間后就不再可能運(yùn)動(dòng)到確定的高度，那將是又一個(gè)隨機(jī)過程，問題要復(fù)雜得多，能否還達(dá)到與巴特萊特和瓊納斯1972年相同的否定結(jié)論，就大成問題。第二，本書前面已經(jīng)講過，基本上和我們同時(shí)，甚至更早一些，從1961年開始，前蘇聯(lián)學(xué)者別利亞耶夫就已經(jīng)有了起伏凝結(jié)的理論工作。隨后一直持續(xù)到1976年，陸續(xù)有前蘇聯(lián)學(xué)者從事起伏凝結(jié)理論工作。不過他們確是用來解釋云滴譜的形成展寬，而不像我們僅僅用起伏凝結(jié)解釋大云滴的生成�？磥砦鞣綄W(xué)者批判的主要矛頭是指向前蘇聯(lián)學(xué)者的云滴譜加寬理論，但就我們和前蘇聯(lián)學(xué)者的基本思想而言，確是一致。我們雙方都肯定云中湍流起伏場(chǎng)是云中過飽和起伏場(chǎng)的根源，所以西方學(xué)者在批判前蘇聯(lián)學(xué)者同時(shí)，捎帶著把我們也批判了�；仡欉@一往事，使我想起當(dāng)時(shí)中國和前蘇聯(lián)在政治上正處于緊張對(duì)立，甚至發(fā)展倒珍寶島的武裝沖突事件。然而在云物理的基礎(chǔ)研究方面，中蘇雙方的學(xué)者卻無意之中走到一起，而且都成了西方批判的對(duì)象。另一方面，就是在這一時(shí)期，特別是從70年代開始，西方和我國在開始了友好往來。這種政治和學(xué)術(shù)并不一定永遠(yuǎn)一致的情況，看起來很有意思。

　　在巴特萊特和瓊納斯1972年的工作發(fā)表后的兩年，梅森 和瓊納斯在1974年又發(fā)表了兩篇類似的論文，進(jìn)一步論證了，湍流混合是對(duì)流云中水汽過飽和起伏場(chǎng)的“匯”，而不是“源”�？磥砻飞瓕�(duì)這個(gè)問題十分重視，他不滿足于1971年簡單地對(duì)巴特萊特1968思想的支持，以至于在1974年直接投入了戰(zhàn)斗。又過了四年，1978年美國著名云物理學(xué)家普魯帕克 和克萊特兩人發(fā)表他們的專著《云和降水的微物理》時(shí)再度引了巴特萊特 和梅森等人的工作，并再次肯定了他們對(duì)我們的批判。所以，在當(dāng)時(shí)的國際云物理舞臺(tái)上，一時(shí)間真可以說是“西風(fēng)壓倒東風(fēng)”了。

　　6．5．2 轉(zhuǎn)折點(diǎn)──萊塞姆（Latham）的實(shí)驗(yàn)

　　然而“西風(fēng)”并非鐵板一塊，以梅森和普魯帕克為代表的國際云物理界也不可能搞“一言堂”，終于 在1977年還是在英國，不過這次是由曼徹斯特大學(xué)的教授萊塞姆和他的合作者里德提出了不同的意見。這篇論文同樣發(fā)表在《英國皇家氣象學(xué)會(huì)季刊》上，講的是萊塞姆和里德（Reed）在室內(nèi)用垂直風(fēng)洞進(jìn)行的一次實(shí)驗(yàn)。根據(jù)這次實(shí)驗(yàn)，萊塞姆和 里德向梅森和巴特萊特否定我們理論的基本出發(fā)點(diǎn)──湍流混合乃是使起伏場(chǎng)均勻化的“匯”，而非起伏場(chǎng)的“源”，這一基本觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑。他們指出湍流混合并非像梅森和巴特萊特所設(shè)想的那樣是一種均勻混合。相反，萊塞姆根據(jù)他們的實(shí)驗(yàn)提出，對(duì)流云湍流混合乃是一種非均勻混合，它的確是如我們60年代所設(shè)想的那樣，湍流場(chǎng)是云中起伏場(chǎng)的“源”而不是“匯”。從而形成了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

　　萊塞姆的垂直風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，從5米長，直徑為25厘米的風(fēng)洞底通進(jìn)一股飽和水汽的氣流，氣流中含有水滴，水滴滴譜各參量，包括平均半徑、滴譜寬度、分散度，含水量、水滴濃度等特征量均為已知。然后在垂直風(fēng)洞下半部的側(cè)面再通進(jìn)一股濕度僅為90％的不飽和的干空氣與原風(fēng)洞內(nèi)含有水滴的飽和水汽氣流發(fā)生湍流混合，顯然這種干空氣混合會(huì)使水滴蒸發(fā)，萊塞姆在風(fēng)洞的上半部對(duì)混合蒸發(fā)后的水滴滴譜進(jìn)行了觀測(cè)，同時(shí)又和梅森,巴特萊特的均勻湍流混合的理論進(jìn)行比較。按照均勻混合的理論，兩種氣流混合后濕度降低的程度可以計(jì)算出來。顯然混合氣流已變成不飽和狀態(tài)，水滴要蒸發(fā)，蒸發(fā)后的滴譜改變也可以計(jì)算出。其結(jié)果應(yīng)是，滴譜寬度變窄，平均半徑、分散度都變小。同時(shí)水滴濃度和含水量也變小， 這是均勻蒸發(fā)的結(jié)果。然而，這卻與垂直風(fēng)洞中實(shí)際觀測(cè)到的混合蒸發(fā)后的滴譜特征不同，實(shí)際觀測(cè)到滴譜寬度、平均半徑、滴譜分散程度卻都沒有改變，和混合前相同。不同之點(diǎn)僅在于水滴濃度和含水量顯著變小。萊塞姆和里德?lián)�此提出了一個(gè)湍流非均勻混合的理論。這個(gè)理論說，當(dāng)湍流混合時(shí)，兩種干濕不同的氣流并非一下子均勻地混合在一起，恰恰相反，萊塞姆和里德說，這種混合的效果是干空氣打碎成微小的干空氣塊，與濕空氣攪在一起，氣流變成了干濕兩種微小氣塊的混合物，落在干空氣氣塊中的水滴就完全蒸發(fā)，而保持在濕空氣塊中的水滴則完全沒有發(fā)生變化。這樣就會(huì)形成滴譜平均半徑不變、寬度和分散度不變，(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁)

　　僅僅水滴總濃度和含水量變小。然后當(dāng)這股氣流再遇到合適的條件，比如由于溫度降低而再度達(dá)到過飽和狀態(tài)時(shí)，就會(huì)因凝結(jié)增長而使滴譜加寬、分散度加大、平均半徑長大的情況。而不會(huì)像均勻蒸發(fā)那樣，當(dāng)遇到凝結(jié)增長有利條件時(shí)，譜的寬度只能恢復(fù)到原來大小而不能進(jìn)一步加寬了。以上就是1977年萊塞姆和里德的著名實(shí)驗(yàn)。否定的否定，原來否定者梅森和巴特萊特的理論基礎(chǔ)──湍流均勻混合被新的實(shí)驗(yàn)否定了。對(duì)流云中的湍流混合乃是非均勻混合，我們60年代所提出的理論的基本思想，在國際上的地位就有了根本改變，初步地恢復(fù)了名譽(yù)。

　　6．5．3 曼頓（Manton） 的新發(fā)展

　　在萊塞姆和里德 1977年的起了轉(zhuǎn)折作用的著名實(shí)驗(yàn)發(fā)表后兩年，1979年澳大利亞學(xué)者曼頓發(fā)表了一個(gè)新的計(jì)算，在他這個(gè)計(jì)算中，曼頓同樣從云底送進(jìn)一組初始云滴，初始云滴譜寬度比較窄，分散度只有0.2。

然后在云中水汽過飽和起伏場(chǎng)的條件中，一邊向上運(yùn)動(dòng)，一邊經(jīng)歷了起伏凝結(jié)長大的過程。在計(jì)算中，對(duì)水汽過飽和起伏場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算，他改變了巴特萊特和瓊納斯1972年的方法。根據(jù)萊塞姆和里德 1977年的非均勻湍流混合理論，曼頓加進(jìn)了湍流起伏的因子，巴特萊特和瓊納斯的上升氣流唯一地決定了水汽過飽和起伏的錯(cuò)誤理論被拋棄了，現(xiàn)在曼頓認(rèn)為對(duì)流云中水汽過飽和起伏是由上升氣流起伏和湍流起伏兩個(gè)因子決定，而且上升氣流這個(gè)因子還要打上一個(gè)折扣，乘以一個(gè)a的因子，這個(gè)因子的大小與上升氣流起伏強(qiáng)度、湍流強(qiáng)度、滴譜分布的一些特征量有關(guān)。這樣一來，云滴所遇到的水汽過飽和度的大小，和上升氣流強(qiáng)度大小的的緊密聯(lián)系就被打破，曼頓計(jì)算出來的云滴滴譜寬度隨高度就展現(xiàn)出加寬的特征來，而不再有巴特萊特和瓊納斯1972年云滴滴譜寬度隨高度不變的結(jié)局。曼頓的計(jì)算表明，加進(jìn)湍流非均勻混合因子以后，云滴譜寬度到了距云底2公里高的高度上有顯著加寬，其滴譜之分散度可從云底的0.2 增加到2公里高處的0.45。這個(gè)數(shù)據(jù)與瓦爾納1969年的觀測(cè)一致。曼頓的這個(gè)工作同樣發(fā)表在《英國皇家氣象學(xué)會(huì)季刊》上，是湍流起伏凝結(jié)過程理論的一個(gè)新的發(fā)展，進(jìn)一步確立了湍流起伏凝結(jié)理論的地位。原來在60年代我們的理論僅能解釋大云滴的生長過程，現(xiàn)在經(jīng)過萊塞姆，里德和曼頓的努力，它也可以解釋對(duì)流云中云滴譜形成展寬的過程。

　　6．5．4 萊德爾（ Ryder） 說：對(duì)不起

　　以上從1968年英國氣象局巴特萊特的發(fā)難，到1979年澳大利亞學(xué)者曼頓的新發(fā)展，這段故事，我是1979年底到了劍橋才知道。本書前面已經(jīng)提到，60年代初期，在我完成了云物理上的這次理論創(chuàng)新后，不久我就被調(diào)離云物理課題組，直到在劍橋，在巴切勒建議下，我又重新拿起云物理，以向他的懸浮體力學(xué)靠攏。之后我利用劍橋的圖書、刊物、資料，查閱自我60年代離開云物理后在國際上究竟有什么新進(jìn)展。這時(shí)，我才驚異地發(fā)現(xiàn)，我那第一次的理論創(chuàng)新，竟然在國際云物理舞臺(tái)上掀起了這么一場(chǎng)風(fēng)波，居然連梅森 這樣的大人物也卷入這場(chǎng)戰(zhàn)斗。我感到了我那在云物理上的理論創(chuàng)新的重要價(jià)值，并為此而感到榮幸。

　　此后不久，1980年在英國皇家氣象學(xué)會(huì)于倫敦舉行的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上，經(jīng)劍橋朋友的介紹，我認(rèn)識(shí)了英國氣象局當(dāng)時(shí)的云物理研究室主任 萊德爾博士。我向他自我介紹說：我就是當(dāng)年被你們批判過的C.S.Wen（溫景嵩之威托瑪拼音法的縮寫，因“文革”前還沒有發(fā)明漢語拼音法，那時(shí)我是用威托瑪拼音法發(fā)表英文論文，為避免混淆以后一直使用），不知道你們對(duì)這個(gè)問題現(xiàn)在有何看法，也不知道巴特萊特和瓊納斯現(xiàn)在何處？我想和他們做深入一步的討論。

萊德爾對(duì)我說：對(duì)不起，那時(shí)，我們考慮不周，現(xiàn)在我們對(duì)這個(gè)問題有新的看法。萊德爾還告訴我，巴特萊特已離開了英國氣象局，瓊納斯也已離開了云物理研究室，但工作還在，還有人繼續(xù)在做。他于是邀請(qǐng)我方便時(shí)去訪問英國氣象局他的云物理研究室。訪問在當(dāng)年順利進(jìn)行，在英國氣象局，我才知道他們的學(xué)者考基（Caughey）和 基�。↘itchen）當(dāng)時(shí)正在野外對(duì)自然界的層積云中的湍流和云的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)，工作雖然在我訪問時(shí)尚未結(jié)束，但初步結(jié)果已經(jīng)有了，他們發(fā)現(xiàn)在層積云內(nèi)外確有湍流混合存在，干空氣被夾卷進(jìn)云中，其特征和萊塞姆和里德 1977年在垂直風(fēng)洞中觀測(cè)到的一樣，這種湍流混合具有萊塞姆所主張的非均勻湍流混合性質(zhì)，因而產(chǎn)生了非均勻蒸發(fā)。造成云滴濃度和含水量減少，云滴譜寬度卻保持不變。平均半徑和分散度都維持不變。因此 萊德爾他們就放棄了梅森和巴特萊特 原來否定我們的理論時(shí)所持有的基本思想──湍流混合是均勻混合。盡管梅森還是當(dāng)時(shí)他們的直接領(lǐng)導(dǎo)，英國氣象局的局長，他們卻有了和局長相反的思想觀點(diǎn)。考基和基琛這一工作，后來在1984年正式發(fā)表，同樣是在《英國皇家氣象學(xué)會(huì)季刊》上。這樣，這家英國自己的氣象科學(xué)最高水平的刊物，就客觀地“百家爭鳴”式地報(bào)道了這場(chǎng)爭論的全過程。

　　在我訪問英國氣象局的同時(shí)，我獲知梅森已離開它原來的工作單位帝國理工學(xué)院，來到英國氣象局，主持英國氣象局的工作。我于是經(jīng)過 萊德爾向他提出了申請(qǐng)和他會(huì)面，交流一下對(duì)云物理的看法。他接受了我的請(qǐng)求，當(dāng)天我們就會(huì)面進(jìn)行了交談。交談使我很驚奇，原來梅森 仍然堅(jiān)持他原來的均勻混合的觀點(diǎn)，并未和他的下屬 萊德爾 一樣放棄原有的認(rèn)識(shí)。看來，要使一個(gè)大人物改變他的思想是很難的事。另外，使我很佩服的事，就是他并未利用他手中的權(quán)力來干涉他的下屬 萊德爾，考基和基琛等人的工作。他不僅沒有 利用他在國際上的影響，在國際云物理舞臺(tái)上實(shí)行“一言堂”，就是在他直接管轄的英國氣象局內(nèi)部，他也沒有實(shí)行“一言堂”家長式管理，而是允許不同意見，甚至是與自己相反的意見。這種對(duì)不同意見的寬容態(tài)度，實(shí)在難得，令人起敬。當(dāng)然，科學(xué)的發(fā)展需要“百家爭鳴”式的民主管理。世界是復(fù)雜的，人類認(rèn)識(shí)真理的過程也是曲折而復(fù)雜的。真理越辨越明，也只有充分支持并發(fā)展不同意見之間的“爭鳴”，科學(xué)才能永葆青春，保持住旺盛的生命力�！耙谎蕴谩薄凹议L制”只會(huì)阻礙科學(xué)發(fā)展，是十分危險(xiǎn)的。那一天梅森還送了我一本他到氣象局工作以后的新作，并簽名留念。之后我愉快地結(jié)束了這一天的英國氣象局之行。

　　6．5．5 贏得了劍橋朋友們的喝彩

　　本書第一章中已經(jīng)提到劍橋?qū)W術(shù)活動(dòng)十分活躍，十分頻繁。給我的感覺是，一個(gè)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的水平高低，其實(shí)可以從它的學(xué)術(shù)活動(dòng)的活躍程度，頻繁程度判斷出。而劍橋的學(xué)術(shù)活動(dòng)的活躍程度，剛好可和它在世界上的學(xué)術(shù)界的地位相比。本書第一章曾講到，劍橋應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系的飲茶室大廳內(nèi)，墻上掛著每周全系的重要的學(xué)術(shù)活動(dòng)日程表。這是一個(gè)大布告牌。此外，各大組，各課題小組還有自己的小安排。所以每個(gè)人每周至少要參加兩次學(xué)術(shù)活動(dòng)。一個(gè)是本小組的，一個(gè)是大組的。小組的叫 非正式的報(bào)告會(huì)，大組的叫正式的報(bào)告會(huì)，報(bào)告會(huì)的原文seminar或可譯成研討會(huì)，討論班。如果興趣廣泛，則還有更多的報(bào)告會(huì)可以參加，可謂忙矣。來做報(bào)告人范圍也很廣。有從國外請(qǐng)來的， 從校外請(qǐng)來的，從外系請(qǐng)來的。也有自己人，本系的，本大組的，本課題組的。級(jí)別相差也非常大，最高有諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者，也有一般的教授、副教授、講師、博士后、訪問學(xué)者，甚至是博士研究生。只要你有新的想法，新的發(fā)現(xiàn)都可以上去講。當(dāng)然這種活動(dòng)都是自由的、自愿的。在劍橋每一位工作人員，包括訪問學(xué)者和博士生，都有他的辦公室，教授一個(gè)人一間，一般人兩個(gè)人共用一間�？墒撬麄儾�沒有考勤制度，上下班與參加學(xué)術(shù)活動(dòng)都是自由的。當(dāng)然世界上沒有絕對(duì)的自由，其實(shí)他們對(duì)參加不參加系里的活動(dòng)還很注意。有一次，巴切勒找我談話，談到和我一起從國內(nèi)到他這個(gè)系里天體物理組進(jìn)修的年輕朋友，巴切勒對(duì)我說，你的那位年輕朋友已有好幾個(gè)月沒有到系里來了，我不知道是什么原因，請(qǐng)你去了解一下。如果他確實(shí)不需要我給他安排的辦公室，我可以收回，因?yàn)檫�有人等著要用。我大吃一驚，忙去找到這位年輕人，向它轉(zhuǎn)述了巴切勒的意見。這位年輕朋友趕快找到巴切勒，向他做了檢討，問題才得以解決。從這個(gè)例子可以看出，并沒有絕對(duì)的自由，你到不到系里，參加不參加系里的學(xué)術(shù)活動(dòng)他們還是很在意的。

　　我體會(huì)，參加學(xué)術(shù)活動(dòng)也是他們考核工作人員的重要方法，而且是一種很聰明的考核辦法。這不僅對(duì)報(bào)告人是一種特殊形式的考察，對(duì)于聽報(bào)告的聽眾來講，也是一種考察。你參加學(xué)術(shù)活動(dòng)積極不積極，聽報(bào)告后提得出問題，還是提不出問題，提的問題水平高不高，有沒有打中要害，這些都是十分重要的事，從中可以看出一個(gè)人的實(shí)際水平。一般在西方，做報(bào)告的人，也對(duì)聽眾提問題抱十分歡迎的態(tài)度，如果做完報(bào)告后，鴉雀無聲，什么問題也沒有，那報(bào)告人就會(huì)十分失望，認(rèn)為你沒有聽懂。一位美籍教授對(duì)我說，進(jìn)行這種學(xué)術(shù)交流，你們叫講學(xué)，我們則叫做報(bào)告會(huì)，意思是說，在報(bào)告會(huì)上大家都是平等的，并不是說報(bào)告人就一定比聽眾高明。實(shí)際可能相反，作為一個(gè)聽眾，他的任務(wù)就是要找出報(bào)告人的問題來。所以可能聽眾比報(bào)告人更高明，叫講學(xué)是不合適的。巴切勒的流體力學(xué)大組就是這樣，流體力學(xué)在20世紀(jì)上半葉實(shí)現(xiàn)了人類超音速飛行以后，下半葉開始就向十分廣闊的新領(lǐng)域進(jìn)軍。納入流體力學(xué)視野的有天體流體力學(xué)，地球物理流體力學(xué)，大氣動(dòng)力學(xué)，生物體內(nèi)血液微循環(huán)系統(tǒng)的流體力學(xué)，地質(zhì)流體力學(xué)，懸浮體力學(xué)等等。花樣百出，到劍橋巴切勒這里的流體力學(xué)大組來做報(bào)告 的人也就各不相同，背景很廣泛。但不管是什么領(lǐng)域中的流體力學(xué)學(xué)者來這里做報(bào)告，巴切勒手下有幾員大將非常厲害。在聽完報(bào)告后，都能提出一些很尖銳的問題來，讓報(bào)告人緊張一下，甚至是下不了臺(tái)。所以，受到劍橋大學(xué)的邀請(qǐng)，到劍橋來給大家做報(bào)告的學(xué)者，心情是矛盾的。一方面當(dāng)然很高興，有機(jī)會(huì)到這所世界上第一流的學(xué)府中做報(bào)告，都感到是一種榮譽(yù)。但另一方面也很緊張，生怕被巴切勒的這些大將們問得下不了臺(tái)。有一次一位美籍流體力學(xué)教授應(yīng)邀到劍橋巴切勒這里來做報(bào)告。報(bào)告以后，我曾找機(jī)會(huì)和他進(jìn)行交談，交談中他告訴我，在報(bào)告前他對(duì)巴切勒講，這次到劍橋來做報(bào)告，是準(zhǔn)備好把自己送到獅子嘴里面去了。但報(bào)告后，巴切勒對(duì)他說，怎么樣？這獅子也不一定非要咬人吧！意思是他那幾位大將并沒有把這位美籍教授問倒。

　　從1979年10月到1982年 2月，我在劍橋巴切勒那里做了兩年零四個(gè)月的高級(jí)訪問學(xué)者。在這樣的背景下，當(dāng)然會(huì)有機(jī)會(huì)給劍橋的朋友們講一講我的工作。時(shí)間是在1980年，講的正是我在云物理上的工作，一共講了兩次。第一次是給他們的博士生講，有一位大概是他們博士生的“班長”來邀請(qǐng)我，說他們博士生自己還有一個(gè)更加非正式的報(bào)告會(huì)，一周一次，不在正常工作時(shí)間，而是利用中午午餐時(shí)間，由他們請(qǐng)客，簡單便飯，飯后就開講。這種活動(dòng)從來就沒有列入正規(guī)的學(xué)術(shù)活動(dòng)日程，所以我那次才知道還有這么一個(gè)學(xué)生自己組織的報(bào)告會(huì)活動(dòng)（后來還在達(dá)爾文學(xué)院做過一次非正式的報(bào)告）。講過之后不久，流體力學(xué)大組當(dāng)時(shí)的負(fù)責(zé)人亨特博士來邀我給他們的流體力學(xué)大組做一次正式的大報(bào)告，并對(duì)我的報(bào)告提出一點(diǎn)要求，由于劍橋的朋友們沒有人在做云物理，所以他要我在開講之前，先抽出十分鐘講一講云物理的ABC，亨特的職稱是副教授，但在劍橋不用副教授的名稱，而是用Reader（讀者），在劍橋日常生活中除了教授使用教授職稱外，其他一律不使用自己的正式職稱，大家都通稱博士，顯得相當(dāng)平等。劍橋教授職稱控制很嚴(yán)，一個(gè)專業(yè)只設(shè)一位教授，其他至多是副教授。所以在流體力學(xué)大組只有巴切勒是教授，像亨特 這樣的副教授地位就很高了。是僅次于巴切勒的人。實(shí)際上他們的講師，博士后中隨便拿出一位來，都是水平相當(dāng)高，在國際上有自己出色的成果。于是，我很愉快地接受了亨特的邀請(qǐng)，并開始了認(rèn)真的準(zhǔn)備。以第一次給博士生的講稿為基礎(chǔ)，又做了仔細(xì)的修改，那一次給博士生報(bào)告的重要性就顯出來了�？磥韯�橋的朋友是好意，為了使我這個(gè)剛從閉關(guān)鎖國的中國走出來的人能在用英語做報(bào)告問題上有個(gè)適應(yīng)過程，他們有意識(shí)地讓我先給博士生來講，這就為給劍橋的各位老師做正式報(bào)告打下基礎(chǔ)，是一次很好的練兵。對(duì)報(bào)告的學(xué)術(shù)內(nèi)容，我并不擔(dān)心，也不緊張，因?yàn)槲乙呀?jīng)知道我那理論成果已經(jīng)經(jīng)受住了英國學(xué)者們十幾年的反復(fù)檢驗(yàn)，而最終被接受下來。所以我很有信心，不可能被巴切勒的大將們問倒。當(dāng)然我是第一次用英語做正式的學(xué)術(shù)報(bào)告，能否講好，還是有點(diǎn)擔(dān)心。(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁)

　　巴切勒建議我事前要Practice幾次（練習(xí)幾次）。我照他的要求做了，于是在報(bào)告前已經(jīng)有了相當(dāng)大的把握，確信自己能夠用英語講好我那第一個(gè)理論創(chuàng)新。報(bào)告終于在一個(gè)周末，星期五的下午在劍橋應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系的大教室中進(jìn)行。這個(gè)時(shí)間地點(diǎn)是通常流體力學(xué)大組舉行正式報(bào)告會(huì)的時(shí)間和地點(diǎn)，來的人很多，大教室里的位置都坐滿了。我滿懷信心地向劍橋朋友們講述了我在云物理上的工作，及其后來在國際上掀起的一場(chǎng)風(fēng)波。報(bào)告后的反應(yīng)是出乎意料的，大家沒有提出任何質(zhì)疑，相反，提出都是肯定的看法。巴切勒還指出，這工作在概率論上也是個(gè)創(chuàng)新，因?yàn)閺膩淼母怕收撎幚硪话汶S機(jī)過程時(shí)，都是要計(jì)算它的統(tǒng)計(jì)平均值，比如他的懸浮體力學(xué)。而我們這個(gè)工作與此不同，是要找小概率事件的發(fā)生規(guī)律。因此巴切勒認(rèn)為 這在概率論，隨機(jī)過程論上也是個(gè)創(chuàng)新。更使人感動(dòng)的是報(bào)告會(huì)結(jié)束后還贏得了全場(chǎng)熱烈的掌聲，不是一般禮貌型的掌聲，而是充滿激情的熱烈掌聲。許多朋友走上前來和我握手，表示祝賀。巴切勒并且追到我的辦公室緊緊地抱住我的雙肩，激動(dòng)地說：“Splendid! Splendid!”（輝煌的！好極了！）我向他說：“我講的可能還不夠好，因?yàn)槲业挠⒄Z 還不行，這是我第一次在這么多人面前，這么莊重的場(chǎng)合下，用英語做報(bào)告。” 巴切勒對(duì)我說：“這肯定不是最后一次，而僅僅是開始�！� 巴切勒預(yù)言完全正確，從那以后一直到我離休，我一直活躍在國際學(xué)術(shù)舞臺(tái)上。盡管回國以后，條件差得較多，但是在國家自然科學(xué)基金委員會(huì)和南開大學(xué)的大力支持下，在相應(yīng)的國際學(xué)術(shù)舞臺(tái)上我還盡可能多地發(fā)揮自己的影響。飲水思源，當(dāng)年在劍橋以巴切勒為首的朋友們對(duì)我的幫助實(shí)在是功不可沒��！

　　6．6 載入國際云物理發(fā)展史冊(cè)

　　6．6．1 兩度被載入

　　第一次在1978年，載入美國著名云物理學(xué)家普魯帕克和克萊特撰寫的專著《云和降水的微物理》，該書總結(jié)了20世紀(jì)特別是20世紀(jì)下半葉的云和降水微物理的發(fā)展。普魯帕克 和克萊特在全球范圍內(nèi)搜集了大量的云和降水的微物理研究文獻(xiàn)。載入該書的共有兩千篇之多，但中國大陸地區(qū)學(xué)者的文獻(xiàn)僅載入三篇，一篇是我那1964年以中文在《氣象學(xué)報(bào)》發(fā)表，1966年 又譯成英文在《中國科學(xué)（英文版）》上發(fā)表的論文，題目是：《起伏場(chǎng)的相關(guān)時(shí)間對(duì)云滴隨機(jī)增長的作用》。普魯帕克 和克萊特不懂中文，當(dāng)然引的是英文版《中國科學(xué)》1966年，第15卷，第870－879頁。第二篇就是我那朋友的早期理論，當(dāng)然也不能是他的中文原作，而是1966年以中國科學(xué)院地球物理所的老所長趙九章的名義在國際著名刊物《Tellus》上發(fā)表的論文，題目是《降水過程的統(tǒng)計(jì)理論》，是在《Tellus》1966年，第18卷，722－729頁上。第三篇是原來在大氣所的另外一位朋友，那是他在蘇聯(lián)讀副博士學(xué)位的學(xué)位論文，有關(guān)積云的觀測(cè)工作。與我們?cè)频坞S機(jī)生長過程理論無直接關(guān)系，此處不詳細(xì)介紹。能夠載入國際云物理的著名學(xué)者撰寫的國際云和降水的微物理著作，當(dāng)然使我高興，意識(shí)到我那第一個(gè)理論創(chuàng)新的重要價(jià)值，是一件十分愉快的事。也有不滿意的地方。一是載入的中國大陸學(xué)者的工作太少，從1958年到1978年，這20年以來，我國大陸學(xué)者在云物理和人工降水領(lǐng)域也做了不少工作，但只引入三篇，實(shí)在太少了。反映出我國在國際云物理界的地位和影響還相當(dāng)?shù)�，有待大力改善。第二是普魯帕克和克萊特的著作發(fā)表時(shí)間還處在本章前面講的那場(chǎng)國際云物理舞臺(tái)的“西風(fēng)壓倒東風(fēng)”時(shí)期，所以在那本著作中，他們?nèi)匀槐硎玖藢?duì)梅森 和巴特萊特等人工作的支持，從而對(duì)我們（也包括前蘇聯(lián)學(xué)者）工作取否定的態(tài)度。即使如此，普魯帕克 和克萊特能吧這場(chǎng)風(fēng)波寫入他們那本大作，顯示出這場(chǎng)爭論不是小事。在國際云物理界這場(chǎng)爭論確有重要意義。

　　第二次載入國際云物理發(fā)展史是在1989年。在第一次1978年的十一年后。是載在由美國著名云物理和動(dòng)力學(xué)家戈頓和安塞斯兩人合著的《風(fēng)暴和云動(dòng)力學(xué)》之中。這本著作在1993年 由南京大學(xué)大氣科學(xué)系的葉家東教授等翻譯成中文，由氣象出版社出版。這次翻譯得到了戈頓本人的支持。1991年 10月戈頓專門為此寫了一篇《中譯本前言》。于是此書 1993年中文版。也代表了戈頓本人在90年代的觀點(diǎn)。使我高興的事是，這本講云動(dòng)力學(xué)的書居然還有一章講云的微物理，講云的微物理這章中，居然又引了前面1978年普魯帕克 和克萊特引過的那兩篇。即：我的1966年發(fā)表在《中國科學(xué)（英文版）》上的一篇，和同一年我那朋友以趙九章老先生的名義發(fā)表在《Tellus》上的一篇。這本書以云的宏觀動(dòng)力學(xué)為主，他們的云的動(dòng)力學(xué)也不是局限在個(gè)體的小尺度范圍的積云動(dòng)力學(xué)，而是發(fā)展到更大的中尺度氣象系統(tǒng)，是降水性中尺度天氣系統(tǒng)。尺度大到100－1000公里。正如作者在該書前言所說，那本書的重點(diǎn)是云和降水性的中尺度氣象系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)。這已經(jīng)成為當(dāng)前大氣科學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。因?yàn)?云和降水性中尺度天氣系統(tǒng)代表了世界上某些最重要和最有科學(xué)意義的天氣系統(tǒng)，它可造成突發(fā)性大范圍的暴雨、龍卷風(fēng)、冰雹雷電和嚴(yán)重雪暴等強(qiáng)烈的災(zāi)害性天氣，而一般天氣觀測(cè)網(wǎng)的探空站間距又太大無法抓住這種中尺度的系統(tǒng)。因此，預(yù)報(bào)這類災(zāi)害性天氣系統(tǒng)是一項(xiàng)嚴(yán)峻而重要的任務(wù)，成為當(dāng)前國內(nèi)外大氣科學(xué)研究的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。真沒想到我們對(duì)暖云的微物理研究居然也能載入國際降水性中尺度天氣系統(tǒng)研究著作中來，兩者尺度相差實(shí)在是太大了。我們的尺度是微米到10微米的云滴和大云滴（戈頓和安塞斯管大云滴叫降水胚胎） 而他們的是100 －100公里尺度，是我們的1010─ 1012倍，即一百億 ─ 一萬億倍。居然我們這個(gè)微小甚至可說是渺小的世界對(duì)戈頓和安塞斯的大世界有不可忽視的重要作用。時(shí)間已過去了將近30年，我那篇云物理的代表作不但沒有 淡出歷史，相反它卻能與時(shí)俱進(jìn)，到現(xiàn)在當(dāng)云物理已進(jìn)入和中尺度氣象學(xué)相結(jié)合的時(shí)代，它仍能顯示出它的光芒，這怎能不令人萬分高興！

　　在戈頓和安塞斯這本講100─1000公里降水性中尺度天氣動(dòng)力學(xué)的書中，按譯者葉家東的統(tǒng)計(jì)收入該書的文獻(xiàn)有1553篇之多。雖比普魯帕克 和克萊特的書少一些，但總數(shù)仍然可觀。問題是它是講動(dòng)力學(xué)的，所引1553篇中絕大部分是動(dòng)力學(xué)的文獻(xiàn)。講微物理的文獻(xiàn)只有236篇，其中又有一部分是講和降水預(yù)報(bào)有關(guān)的，把微物理過程參數(shù)化的工作。所以，真正講云的微物理過程的只有一百多篇，比起1978年普魯派克 和克萊特書中的兩千篇文獻(xiàn)都是微物理的情況少多了。加上從1978到1989年這十一年來微物理工作的新發(fā)展，所以進(jìn)入普魯帕克和克萊特的書中的微物理文獻(xiàn)又要優(yōu)中選優(yōu)才能選入戈頓和安塞斯的書，可說是難上加難啊，正因?yàn)槿绱耍�所以這第二次載入戈頓國際云物理發(fā)展史比第一次載入普魯帕克和克萊特的書不可同日而語。此外，1978年普魯帕克和克萊特的書還處在“西風(fēng)壓倒東風(fēng)”時(shí)期，對(duì)我們和前蘇聯(lián)學(xué)者的工作持否定態(tài)度。而1993年戈頓和安塞斯中文版的書，已處在風(fēng)波剛過，情況反轉(zhuǎn)過來。因此，他們對(duì)我們和前蘇聯(lián)學(xué)者的工作持肯定態(tài)度，與第一次普魯普克的態(tài)度完全相反。在書中，戈頓和安塞斯確認(rèn)我們（包括前蘇聯(lián)學(xué)者）是一個(gè)學(xué)派，正是這個(gè)學(xué)派提出了小尺度湍流引起水汽過飽和起伏場(chǎng)可以加寬云滴譜，從而產(chǎn)生戈頓和安塞斯所說的降水胚滴。歸入這一學(xué)派的除趙九章和我以外，還有前蘇聯(lián)學(xué)者別利亞耶夫(1961), 馬津(Mazin1965), 列文（Levin）和塞杜諾夫（Sedunov1966）, 斯特潘諾夫（Stepanov1975,1976）。隨后，戈頓和安塞斯又講了在我們學(xué)派之后的后續(xù)工作。首先是澳大利亞學(xué)者曼頓 1979年的工作，被認(rèn)為是一個(gè)更普遍的理論。我們這一學(xué)派和巴特萊特,梅森 等人所提出的情況被認(rèn)為是曼頓 普遍理論的兩種 極端條件下的特殊情況。繼曼頓之后，最早提出湍流非均勻混合概念的萊塞姆和他的合作者巴克爾(Baker)也提出了另一種湍流非均勻混合造成云滴譜加寬的設(shè)想（巴克爾,萊塞姆 1980）。與此同時(shí)最早提出雙分散純爆發(fā)型隨機(jī)碰并增長理論的泰爾福德也參加進(jìn)來，他和他的合作者柴（Chai）提出了第三種可能性。泰爾福德對(duì)湍流非均勻混合具有很堅(jiān)定的的信心，他在這方面的工作一直延續(xù)到戈頓和安塞斯寫書之時(shí)，為此還和梅森(1984)以及帕盧奇（Paluch）與奈特（Knight 1987）展開了幾次爭論。對(duì)此，我很欽佩泰爾福德，從1955到1987，這位先生30年來能不斷前進(jìn)，跟上時(shí)代的發(fā)展，很了不起。從1961年別利亞耶夫第一次提出湍流起伏可以加寬云滴譜寬度算起，經(jīng)過30年來反復(fù)研究到現(xiàn)在終于達(dá)到一個(gè)肯定的結(jié)論。正如戈頓和安塞斯在1993年中文版中所講的那樣，大家已經(jīng)承認(rèn)湍流混合在降水胚滴形成過程中確是一個(gè)重要的因子。梅森和巴特萊特所提出的湍流均勻混合，否定湍流作用的錯(cuò)誤思想被徹底推翻了。因此，在這個(gè)意義上人們確可以說，現(xiàn)在的“風(fēng)向”已經(jīng)倒轉(zhuǎn)，人們迎來了“東風(fēng)壓倒西風(fēng)” 的新時(shí)期。然而問題還不那么簡單，現(xiàn)有的幾種不同的湍流混合作用的模式，都還有一定的缺點(diǎn)，存在著爭論，最終的結(jié)論還未做出。問題在于雖然湍流混合因子有重要作用這一點(diǎn)已經(jīng)肯定，但究竟它是以什么方式起作用，這一點(diǎn)卻到現(xiàn)在還沒有達(dá)成一致。在這個(gè)意義上，戈頓和安塞斯在1993年中文版中也同時(shí)提到，暖云中降水胚滴究竟是怎樣形成的問題，還沒有最后解決。對(duì)此，我將在下一節(jié)中進(jìn)行討論。雖然如此，我們和前蘇聯(lián)學(xué)者60年代提出的，對(duì)流云中湍流在催生云中降水胚胎有重要作用的新學(xué)說已開啟了國際暖云微物理研究的一個(gè)新方向，其重要意義甚至在現(xiàn)在對(duì)研究中尺度大范圍降水過程也很突出，這一點(diǎn)則確定無疑。

　　6．6．2 曲折的道路，光明的前景

　　1935年貝吉龍的冷云降水學(xué)說，比起我們和前蘇聯(lián)學(xué)者這一學(xué)派60年代提出的暖云學(xué)說要順利得多，他們只用了4年時(shí)間，到1939年芬代森 的德國觀測(cè)資料發(fā)表，貝吉龍的學(xué)說就得到了大家的承認(rèn)。而我們的學(xué)說所經(jīng)歷的發(fā)展道路卻比貝吉龍的道路曲折得多。經(jīng)歷了40年的風(fēng)風(fēng)雨雨，到現(xiàn)在大家雖已承認(rèn)湍流起伏場(chǎng)是形成暖云降水胚滴的重要因子。但湍流究竟以何種方式在起作用，卻眾說紛紜。1979年曼頓新發(fā)展的理論，認(rèn)定對(duì)流暖云中湍流具有很強(qiáng)的垂直相干性，而且云滴譜的一個(gè)特征量──云滴的累積半徑，或平均半徑的起伏與上升氣流的起伏呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。這是導(dǎo)出曼頓理論的一個(gè)重要依據(jù)，可惜，到了1985年奧斯�。ˋustin）等人根據(jù)他們對(duì)對(duì)流暖云的實(shí)際觀測(cè)，證明曼頓所假定的負(fù)相關(guān)并不存在。于是，曼頓的79年理論就失去了依據(jù)。1980年萊塞姆和他的合作者巴克爾直接根據(jù)萊塞姆與里德 1977年的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，提出一個(gè)云外干空氣從云頂或云側(cè)夾卷進(jìn)云中與云內(nèi)濕空氣發(fā)生了一種他們稱之為兩階段的非均勻湍流混合，使云滴先產(chǎn)生了非均勻蒸發(fā)，最后再次凝結(jié)會(huì)使云滴譜加寬產(chǎn)生了大云滴。1984年巴克爾和另外一些人合作，進(jìn)一步改進(jìn)了他們的理論模式，使之更精確化。但干空氣夾卷進(jìn)云中，產(chǎn)生了非均勻混合和非均勻蒸發(fā)的基本假定不變。1980年泰爾福德和柴提出了另一種被叫做氣流的再循環(huán)模式，其基本點(diǎn)和曼頓的上升氣流與下沉氣流垂直相干相同。但是吸收了巴克爾,萊塞姆與云外干空氣發(fā)生非均勻湍流混合以及隨之而來的云滴的非均勻蒸發(fā)過程。1984年 泰爾福德，柴和凱克（Keck）合作進(jìn)一步發(fā)展了云外干空氣夾卷進(jìn)云中產(chǎn)生非均勻湍流混合的理論，并為此和梅森發(fā)生了爭論，批評(píng)了梅森的湍流均勻混合的觀點(diǎn)。但是1984年， 國際云物理界組織了一次大規(guī)模的對(duì)流云觀測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)名稱叫“對(duì)流降水協(xié)作試驗(yàn)”（CCOPE）, 從中人們發(fā)現(xiàn)大云滴并不發(fā)生在與干空氣混合最多，被干空氣稀釋最厲害的部位，相反人們發(fā)現(xiàn)最大的云滴常發(fā)生在最濕的，最少與干空氣混合的迅速上升的云塔之中。（希爾（Hill）和喬拉頓（Choularton）1985, 帕盧奇和奈特1986）帕盧奇和奈特與泰爾福德在1987年為此還發(fā)生了一場(chǎng)爭論。

　　1983年梅森在公開回答泰爾福德對(duì)他的批評(píng)時(shí)，對(duì)泰爾福德以及萊塞姆等人的干空氣夾卷進(jìn)云中經(jīng)過非均勻湍流混合，非均勻水滴蒸發(fā)從而產(chǎn)生大云滴的理論進(jìn)行了反批評(píng)。

梅森尖刻地指出：“不管這種理論的細(xì)節(jié)如何，企圖用干空氣的夾卷過程來解釋大云滴如何會(huì)加速增長的理論，(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁)

　　聽起來永遠(yuǎn)會(huì)使人們感到，他們是想用關(guān)小煤氣的方法來加速燒開一壺水！”我很同意梅森對(duì)于干空氣夾卷理論的批評(píng)，但這并不意味著人們要倒退到梅森的均勻湍流混合理論上去。問題在于云外干空氣夾卷進(jìn)云中的非均勻湍流混合，只是湍流非均勻混合的一種方式，不可能是唯一的方式。與此同時(shí)，云內(nèi)不同水汽過飽和的云泡之間必定會(huì)有另一種是“濕”的而非“干”的非均勻湍流混合存在，這種“濕”的非均勻混合產(chǎn)生的就不是非均勻水滴蒸發(fā)，而應(yīng)是非均勻水滴凝結(jié)，由此所產(chǎn)生的大水滴就必定比梅森均勻混合、均勻凝結(jié)所產(chǎn)生的水滴更大�？上�，不知為什么1977年萊塞姆在他的垂直風(fēng)洞試驗(yàn)中，只從風(fēng)洞外送進(jìn)去干空氣，結(jié)果就陷入非均勻蒸發(fā)的不合理的概念之中而無法自拔。其實(shí)只要萊塞姆在他的試驗(yàn)中從風(fēng)洞外送進(jìn)一股比風(fēng)洞內(nèi)濕度更大的氣流進(jìn)去，人們就必定能夠看到這種“濕”的非均勻湍流混合，這種混合必定會(huì)產(chǎn)生非均勻凝結(jié)，而不再是非均勻蒸發(fā)，梅森的反批評(píng)就可解決了。

　　此外，我以為 對(duì)湍流起伏場(chǎng)的作用還應(yīng)在更大視野內(nèi)加以考察。問題在于湍流的作用能夠僅限于混合作用嗎！按照常識(shí)，混合應(yīng)該是小尺度湍流的作用，只有小尺度湍流才會(huì)使不同屬性氣塊混合起來。但是云中的湍流特征尺度，應(yīng)該要大得多。早在60年代建立我們的理論時(shí)，就已指出對(duì)流云中湍流特征尺度可以云泡來估計(jì)。因此它的空間尺度應(yīng)有100米，時(shí)間尺度應(yīng)有幾分鐘。這樣大尺度的云泡（湍渦）運(yùn)動(dòng)時(shí)，必定會(huì)有相當(dāng)強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，尺度也可達(dá)到百米數(shù)量級(jí)。因此，必定會(huì)在局部地區(qū)產(chǎn)生更高的水汽過飽和，這對(duì)水汽過飽和起伏場(chǎng)當(dāng)然起正的作用，而不是混合那樣的負(fù)作用。而且這也不應(yīng)該和1972年巴特萊特 和瓊納斯上升氣流起伏相混淆，這里的云泡上升和下沉是隨機(jī)性的，連帶水滴的運(yùn)動(dòng)也是隨機(jī)性的。一定時(shí)間后沒有確定的位置。而巴特萊特 和瓊納斯那里上升氣流起伏是確定論型的，連帶水滴的運(yùn)動(dòng)也是確定論型的。一定時(shí)間后，有確定的位置。因此，從我們這個(gè)概念出發(fā)，就不可能產(chǎn)生巴特萊特和瓊納斯滴譜無法變寬的結(jié)果，而是必然會(huì)有直接的降水胚滴產(chǎn)生出來，云滴譜會(huì)加寬。沿著這個(gè)新思路，可望使問題得到最終的解決。

　　從以上的介紹和分析中，人們可以看到，我們的暖云降水學(xué)說是經(jīng)歷了怎樣一個(gè)復(fù)雜而曲折的發(fā)展過程，和貝吉龍的冷云降水學(xué)說相比，真可以說是多災(zāi)多難。到現(xiàn)在看來還有一段相當(dāng)長的路要走。雖然如此，前景光明卻可以斷言，正像戈頓和安塞斯在他們的著作之末的《后記》中所講的那樣，他們的降水性中尺度天氣系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)雖然已取得了不少成就，但也還有不少問題有待進(jìn)一步研究解決。在進(jìn)一步改善對(duì)中尺度災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)方面，也還有不少科學(xué)問題需要進(jìn)一步處理。盡管如此，戈頓和安塞斯仍然認(rèn)為前景光明。因?yàn)榻鉀Q中尺度降水性天氣系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解問題，不僅本身具有重要的社會(huì)意義和科學(xué)意義， 而且這對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解全球尺度大氣環(huán)流，氣候的變化，全球的地球化學(xué)等相關(guān)問題具有重要價(jià)值。因此，這就構(gòu)成一個(gè)強(qiáng)大的動(dòng)力，促使人們?nèi)ゼ訌?qiáng)這方面的研究。戈頓和安塞斯在該書《后記》中就向人們預(yù)告了美國將在90年代展開名為風(fēng)暴中尺度系統(tǒng)觀測(cè)計(jì)劃（STORM）,在計(jì)劃中人們將使用更先進(jìn)的觀測(cè)系統(tǒng)，配備更加強(qiáng)有力的觀測(cè)設(shè)備，完全可以預(yù)期，觀測(cè)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)后，人們對(duì)降水性中尺度天氣系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)會(huì)有進(jìn)一步的飛躍，更多的科學(xué)問題將獲得解決，因此前景必定光明。我們的事情則與他們相似。既然暖云微物理的研究已和降水性中尺度動(dòng)力學(xué)掛上了鉤，除人工影響天氣以外，現(xiàn)在微物理的研究又多了一個(gè)更加強(qiáng)勁的動(dòng)力。借著這股強(qiáng)勁的東風(fēng)，可以期望一個(gè)被大家公認(rèn)的暖云降水學(xué)說，最終應(yīng)能產(chǎn)生。戈頓和安塞斯的書已把這個(gè)學(xué)說的前幾十年所走過的歷程記錄下來，他們明確地把我們和前蘇聯(lián)有關(guān)的學(xué)者在20世紀(jì)60年代和70年代的工作載入了這段暖云降水學(xué)說歷史的開端，承認(rèn)是我們這個(gè)學(xué)派開啟了暖云降水學(xué)說的新方向，并且肯定了這幾十年的主要收獲，即國際上已確認(rèn)暖云中的湍流起伏場(chǎng)確是降水胚滴形成的重要因子。目前的問題是它怎樣起作用的問題。這完全是前進(jìn)中的問題，應(yīng)該可以在前進(jìn)中得到解決。其實(shí)不光是云中湍流，在下一章里讀者將會(huì)看到一般的大氣湍流，甚至是更一般流體運(yùn)動(dòng)中的湍流都是個(gè)大難題。對(duì)此，我們不能夠太心急，要有足夠的耐心。雖然大自然是復(fù)雜而無限的，但人類認(rèn)識(shí)自然的能力也是無限的。可以預(yù)期，比如說再過若干個(gè)十年，經(jīng)過理論和實(shí)驗(yàn)云物理學(xué)家的共同努力，經(jīng)過全球各國云物理學(xué)家的共同努力，一個(gè)得到國際公認(rèn)的由湍流起伏場(chǎng)引發(fā)的暖云降水學(xué)說必定會(huì)最后誕生，而這正是我們這一學(xué)派在20世紀(jì)60年代70年代的工作所播下的種子。想到這一點(diǎn)確使人感到十分欣慰！當(dāng)然讀者從前面引的這一學(xué)派的名單中可以看出，無論從人數(shù)上看，還是從延續(xù)的時(shí)間長短看，前蘇聯(lián)學(xué)者都是這一學(xué)派的主體，主流在他們那里，我只是很湊巧被《十四條》送入了這股思潮之中，并湊巧在其中有所發(fā)現(xiàn)，留下自己的痕跡，對(duì)此，我感到非常榮幸！

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