《創(chuàng)新話舊》第6章

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

　　6．1 初入科學殿堂

　　6．1．1 時值1957年反右之后

　　從本章起，我們將把回顧往事的鏡頭轉向更遙遠的年代。那是在半個世紀前，1957年秋，我從北京大學物理系氣象專業(yè)畢業(yè)，被分配到我國氣象事業(yè)中的科學殿堂──中國科學院大氣物理研究所。當時它還不是一個獨立的研究所，只是老地球物理研究所的一個研究室──第二研究室，簡稱二室。它在66年“文革”時才從地球所獨立出來。記得當時二室只有兩個組，一個研究天氣動力學，一個研究氣候學。我被分配到天氣動力學研究組。時值1957年反右之后，這對我們這一屆大學畢業(yè)同學產生了巨大而深遠的影響。我們到天氣組領導人葉篤正先生那里報到以后，便馬上被下放到北京郊區(qū)農村行集寺大隊去勞動鍛煉，從而開創(chuàng)了一個過去從來沒有的先例。大學畢業(yè)生分配到科研院所后，不是馬上投入到科研工作中去，而是要下放勞動鍛煉。我們的工資還降了一級，56屆的大學生報到后的工資是每月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，等我們轉正以后才能拿56元，而這是56屆試用期的工資標準。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年迎來了科學的春天，國家召開第一屆全國科學大會時，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的正式代表，但是職稱仍然是初級職稱──研究實習員。在北京的大會會務組報到時，我如實填了我當時的職稱，可能“研究實習員”的職稱實在太說不過去了，一個已經工作了二十多年，而且在科學上已做出貢獻的人，居然還是個實習員，于是被大會會務組工作人員大筆一揮給改成技術員。其實技術員也是工程技術人員的初級職稱，只不過聽起來似乎比實習員好聽一些。后來才知道研究系列的研究實習員相當于工程技術系列的助理工程師，比技術員還高一個檔次，它相當于大學的助教。

　　6．1．2 下鄉(xiāng)與上山

　　當1957年我們下放勞動時，在時間長短上沒有限制。我們被告知，要作好長期勞動的打算，不要老想著什么時候回科學院，這不利于我們的思想改造�？蓪嶋H上不到一年就起了變化，把我們召回了地球所。原來那時正趕上“大躍進”，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”。于是當時老地球所二室的氣候組提出了一個宏偉規(guī)劃,要“改造西北干旱氣候”，措施是“開源節(jié)流”�！伴_源”又分兩個方面，一是到祁連山冰川上去搞融冰化雪，一是搞人工降水�！肮�(jié)流”則是到水庫去進行抑制蒸發(fā)試驗。氣候組人手少，人力不夠，于是天氣組的領導葉篤正先生就提出天氣組要大力支援氣候組。我們這批下放勞動鍛煉一年的大學畢業(yè)生就從農村抽回來，支援到氣候組，在朱崗崐和高由禧兩位先生的領導下，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導下，擔負起人工降水工作。于是一個轟轟烈烈的“改造西北干旱氣候”的宏偉運動就在老地球所二室展開了，這個工作得到了中央有關部門和甘肅省委的大力支持，省委書記張仲良高興地對當時的地球所老所長趙九章說，龍王爺來了。

　　然而實踐證明，“改造氣候”的口號提得太高了，不切實際�！褒埻鯛敗敝淮嬖谟谌藗兊纳裨捠澜缰校�在現(xiàn)實世界中并不存在。就我當時所參加的祁連山高山冰川融冰化雪的工作而言，第一年，在高山冰川上進行的小面積黑化冰川以加速融冰化雪試驗還可以，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就出現(xiàn)了問題。高山冰川路途險阻，無路可通。加之高山缺氧，人們易患高山反應癥。通常，這只是高山登山隊經過特殊訓練，有特殊裝備的少數(shù)運動員干的事。因此不可能期待從陸路解決黑化冰川的技術問題。使用飛機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、煤粉炸彈來進行高空投彈黑化，在這方面我們也進行過摸索，不幸也未成功。因此，第二年大面積大范圍推廣時，只能依靠地方黨委，地方政府，組織動員群眾上山。用土辦法來解決問題。而一般群眾由于山路險阻，還由于高山缺氧，高山反應使人極易疲勞，頭暈甚至嘔吐，能把自己個人所需的給養(yǎng)背上山來，已經夠嗆了，不可能再把正規(guī)的黑化材料背上冰川。于是原來的設想用碳黑黑化冰川，到實踐中就變成了“就地取材”，即把冰川兩側山坡上的冰積石、冰積土鏟運到冰川上來，以促進冰雪融化。這當然效率十分低下，頭一年我們在冰川上做小實驗時也用過，不起什么作用。于是在參加這項工作的科研人員中產生了相當悲觀失望的情緒。但是帶領農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)了一場爭論，并且很快在科研人員和地方黨政領導中產生了對立情緒，幾乎要鬧到人家要把你打成右派的地步。這時朱崗崐先生從山下趕了上來，他嚴肅地批評了我們，要我們馬上糾正這股悲觀情緒，不準再和地方領導頂牛，要放下架子，虛心地服從領導，積極投身于當?shù)厝罕娫诒�川上開溝引水運動中來。問題就這樣強行政治解決了。但是科學問題效果計算問題并未解決。加以當時是1959年的春天，甘肅地方的三年困難時期已經開始，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，用以克服高山反應癥，反而連平時在平原上日�？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。等工作結束，夏季已經到來，冰川的自然消融量已很大，我們就下山進行總結去了。在總結中，我們指出黑化冰川以融冰化雪的艱巨性，但同時也指出，為解決春旱農耕缺水問題，動員部分群眾，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）在報上看到西北地區(qū)農民繼續(xù)使用這辦法來解決當?shù)卮焊�缺水問題，可能這就是我們那時留傳下的辦法。為此，我心中感到十分高興。

　　6．2 轉折

　　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，針對這個形勢中央進行了調整�！按筌S進”，“敢想敢干”的口號不見了，取而代之是新的“調整、鞏固、充實、提高”的八字方針。各行各業(yè)都在總結經驗教訓，先后出臺了一系列新的政策。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構的根本任務，有六個字， 即“出成果，出人才”。所謂“成果”當然是指科研成果，而不是生產任務。第二條是“任務”應當帶動“學科”，而 不能代替“學科”，即“任務要帶學科”六個字。這條要科研機構的科研人員應擺正“生產任務”和“發(fā)展學科”兩件大事之間的關系。生產任務當然要搞，而且是首先的要務。但不是目的，對科研機構來講，目的是通過生產，把學科發(fā)展起來，拿出新的有重要意義的科研成果才是科研機構，科研人員的最主要的目的。地球所二室的領導在學習貫徹《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，這不僅不現(xiàn)實，而且按照《十四條》的精神，這是直接的生產任務，本來就不應是科研機構的事。按照新的《十四條》的精神，明確了大氣所的根本任務是發(fā)展大氣科學，通過物理化把氣象學從描述性學科發(fā)展成定量的理論性的學科。在這個指導思想下，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。因為這個組搞的是氣候統(tǒng)計，仍然屬于描述性的地理學、氣象學的范圍。高由禧先生則帶了一批人員調到蘭州建立高原大氣物理所。抑制蒸發(fā)的任務撤消，因為實踐證明，原來使用一種化學制劑（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。因為這種單分子膜很脆弱，雖然在室內蒸發(fā)皿中可以看到抑制蒸發(fā)的作用，但在自然條件下則經不住風吹浪打，一旦遇到風浪，薄膜就會破裂，順風而下堆積在下風方向，起不了作用，也帶不出學科。原來的人工降水任務，從改造西北干旱氣候任務中獨立出來交由顧震潮先生領導，而且明確人工降水不是目的，最終要帶出云物理學科。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導，結合融冰化雪，提出最終目的要帶出近地面物理學科，朱崗崐先生則找到一本由前蘇聯(lián)學者萊赫特曼寫的近地面物理著作，指導大家學習，以開展近地面物理的工作。于是我們才能從初到科學殿堂下鄉(xiāng)、上山艱苦勞動幾年后，靜下心來學習這本書。準備進行一些真正的科學研究了。不過時間不長。所領導又進一步縮短戰(zhàn)線。1960年把我們這個近地面物理組撤消，朱先生則被調往他所，我們則劃歸顧震潮先生來領導。這是為了集中力量，以搞好人工降水并發(fā)展云物理學科的任務。

從此，我們轉到顧先生門下，從事云物理工作了。

　　6．2．2《十四條》與《SCI》

　　在回顧我們在顧先生領導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意義。當然，有的同志可能會認為，第二條“任務帶學科”也有指導意義。但根據(jù)我自己的經驗這只是問題的一個方面，對應用學科，對工程技術可能第二條有特別現(xiàn)實的指導意義，但并不全面。因為還有基礎學科存在，對它們則似乎應該是另一種提法，即：“學科帶學科”，像本書前面幾章里面講的在氣溶膠力學方面所取得的幾項突破性成果，那都是“學科帶學科”的結果。只有對那門學科的發(fā)展歷史有一個深刻全面的研究和理解，發(fā)現(xiàn)了新問題并引進新方法，然后通過自己的刻苦努力，才能取得新的突破。以上這些事，對于只通過完成生產任務而言，是無法帶動起來的。盡管，我們在前一章中已經談到氣溶膠力學和懸浮體力學有十分廣闊的應用背景。我們那幾項成果卻不是通過應用工作才取得。相反，這些成果正是通過對這一學科發(fā)展歷史進行了深刻研究的基礎上，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)實指導意義。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，有些機構，走到另一個極端，把“出成果，出人才”的根本任務拋到九霄云外，而實際上搞的卻是：“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，在對科研人員實行晉級提職政策時。他們把一個單位或一個人出《SCI》論文多少，當成了一個非常重要的指標，根本不問他解決了什么重要問題，出了多少有意義的成果。對此，本書第一章中已經談到�，F(xiàn)在重溫《十四條》之際，我覺得有再次對《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，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過時，但是它對科研機構科研人員根本任務的規(guī)定──“出成果，出人才”卻不可能過時，而是放之四海而皆準的真理。對于《SCI》的問題也是一樣。首先《SCI》是一個“廣譜”，能夠列入《SCI》系統(tǒng)的學術刊物和雜志，并不都在同一個高水平上，其實《SCI》刊物的水平也參差不一，有高有低�，F(xiàn)在應當破除對《SCI》 的迷信，不要以為一上了《SCI》 就都了不起。實際上，不是那么回事，就是《SCI》 系統(tǒng)自己對進入它的各個學術刊物也有個考核。這種考核被 量化為一個叫“影響因子”的標準來衡量。一個刊物的影響因子的大小?點擊此處閱讀下一頁)

　　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。不同時間，引用次數(shù)會有變化，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科類國內外著名的，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)由南開大學物理學院寧平治教授提供，特此致謝。）

　　刊物名稱影響因子

　　《Phy. Report（物理報告）》 8.341

　　 《Phy. Rev. Lett. （物理評論快報）》 6.226

　　 《Phy. Rev.A. （物理評論A）》2.810

　　 《Phy. Rev.B. （物理評論B）》 3.070

　　 《Phy. Rev.C. （物理評論C）》 2.695

　　 《Phy. Rev.D. （物理評論D）》 4.363

　　 《Phy. Rev.E. （物理評論E）》 2.235

　　《中國科學A》 (英文版)0.340

　　《中國科學B 》(英文版)0.840

　　《中國科學C 》(英文版)0.396

　　《中國科學D 》(英文版)0.610

　　《中國科學E 》(英文版)0.376

　　《中國物理快報》(英文版)0.813

　　《中國數(shù)學年鑒》(英文版)0.144

　　 《中國分析化學年鑒》(英文版)0.288

　　從這個表中可以看到最顯著的一個特征，就是盡管大家都已列入《SCI》系統(tǒng)，實際水平相差卻十分巨大。你在這表上的任何一個刊物上發(fā)表了一篇論文，就可以算你有了一篇《SCI》論文，對于不追究你是多大影響因子的《SCI》的人講，這可能很了不起，但對真正的內行人講，他一定會追究你是多大影響因子的《SCI》，那就會顯原形了。從物理類講只有在《物理快報》或《 物理評論快報》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》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，差一個數(shù)量級。如果拿國際高標準來衡量，《中國科學》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)在確實是到了應該破除對《SCI》迷信的時候了，否則它會阻礙我國科學的進一步發(fā)展。如果我們迷戀于《SCI》論文的篇數(shù)，就會引導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湊數(shù)，對我國科研事業(yè)發(fā)展很是不利。當然也有不是憑論文篇數(shù)，而是憑論文水平來評的。特別是國家級的評審就是如此。例如國家教育部評審國家級重點學科的工作，他們就不是以《SCI》論文多少為準，相反它限制每一個學科組，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。大家報上來的都是20篇，又怎么去評呢。從理論物理學科看，就是要看影響因子的大小，北京師范大學的理論物理平常知名度和我們南開大學的理論物理差不多，但在它的20篇送審論文中有幾篇《物理評論快報》的高水平的論文，而我們卻一篇都沒有，只到《物理評論》為止，從影響因子看，比《物理評論快報》的差一大截。結果北京師大的理論物理那次被評為重點學科，而我們卻沒評上。也有人可能要提出不同意見，說：不應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，這個問題在評國家自然科學獎的工作中解決得比較好。在論文篇數(shù)上，評國家自然科學獎也有限制，也不看《SCI》的多少。有朋友曾問過我，我那贏得國家自然科學獎的成果上報時，送審了幾百篇論文？以為必定要有幾百篇論文，才能評上國家大獎。其實這完全是誤解。國家大獎也完全不是以《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)什么來評呢，也是看水平。但與評國家級重點學科不同，它是直接看文章本身的水平。文章水平之高低看引用，本質上和評價刊物水平高低一樣，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，引用是什么性質的，是一般性的呢，還是有重要性質的引用，這樣就更科學更準確。不會發(fā)生以刊物水平定高低的偏差。以我2000年榮獲1999年度國家自然科學獎的成果為例，在上報20篇論文中，確有發(fā)表在影響因子相當?shù)偷目�物上。比如《中國科學》，它的影響因子不到1，水平是夠低了，但最終還是評上大獎，靠的就是因為引用多。對我這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印出來報上去，份量要比我本身的20篇大得多。其中還有重要引用，有些是以實驗來證實了我的理論預測的，這就比一般引用重要的多，對理論文章而言，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者的學術專著上，載入了國際相應學科的發(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家羅塞爾等人和東特的兩部膠體科學著作。又例如，本章將要談到的我們在云物理上的論文，雖然它是發(fā)表在《中國科學》上，影響因子相當?shù)�。但這篇論文曾被國際著名云物理學家普魯帕克(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世紀的發(fā)展史。能被引用在這兩部史冊上，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，對國家大獎來說，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《光明日報》的“院士論壇”專欄，我國著名生物物理學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《SCI》論文所表示的看法和我們這里談的一致。就是不應該以《SCI》論文的數(shù)量來評判水平高低，關鍵要看質量，質量高低看引用。他們在文章中說，我國現(xiàn)在從《SCI》論文數(shù)量來看已經很多了，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同行的引用，如果把國內同行引用排除在外，只看國際同行引用，那就差得更遠。鄒院士對這一點沒有給出具體排名順序，但從我們前面表中所引《中國科學》的影響因子只有零點幾，較之國際最高水平差一個數(shù)量級，就可以看出，若僅從國際同行引用來考察，我國學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)就是要端正指導思想，糾正“出《SCI》，出人才”的錯誤指導思想，回歸到“出成果，出人才”的軌道上來。這才是發(fā)展我國科學事業(yè)的康莊大道。

　　6．3 在顧震潮先生的領導下

　　6．3．1 投身于人工降水的飛行作業(yè)

　　前已講到，由于大氣所領導貫徹執(zhí)行《十四條》的精神，我們最終被劃歸到顧震潮先生的領導下，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，要任務帶學科。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)干旱嚴重，中央集中了一批力量，調集了八架運輸機在湖南搞大面積人工降水實驗。軍區(qū)參謀長親自指揮，和科學院合作。顧先生帶領我們參加了這項大規(guī)模人工降水實驗。參謀長很緊張，說八架大飛機同時在一個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，小心翼翼地指揮。幸好沒有出事。雖然這確實是非常危險的工作。原來按飛行條令，飛機不能靠近積雨云。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)。通常民航飛機遇到積雨云只能繞著走，禁止靠近，更不得進入。而人工降水作業(yè)飛機，不但要靠近，而且要進入云內實行催化作業(yè)。這就十分危險，每次進入積雨云作業(yè)時，飛機都顛簸得十分厲害。使催化作業(yè)，觀測云的微物理結構都非常困難。我因患有暈機病，每次進入積雨云作業(yè)時都嘔吐不止，無法工作。1964年夏季，上海地區(qū)又發(fā)生干旱，顧先生帶領我們又在上海地區(qū)實行人工降水飛機催化作業(yè)。顧先生看我實在吐得厲害，有一次就讓我坐在飛機上停止作業(yè)工作，只靜靜地坐在位子上不動，看能否適應，結果還是不行。真巧那次飛行竟發(fā)生了一次自我們開展飛機作業(yè)飛行以來，最嚴重的一次顛簸，給我的感覺好像一下子跌入萬丈深淵中去，飛機被云中氣流一下子打下幾百米，幸好飛機沒有出事，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行過飛機人工降水作業(yè)，直到現(xiàn)在人們實行作業(yè)時，都改為由地面，使用高炮、火箭對天空的積云射擊，實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，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在太危險，難免不會出事。據(jù)說平常我們作業(yè)飛行雖說要穿積雨云，但實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，結果發(fā)生了我們自飛行以來，最為嚴重的顛簸事件。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，在湖南進行飛行催化作業(yè)時，住在軍用機場，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，大家都把為地主老財、資本家辦事的帳房叫先生，你們的顧震潮居然還是共產黨員，為什么也叫他先生。我們告訴他，我們叫的先生，和你講的舊社會的帳房先生不是一回事。現(xiàn)在在我們科學院，也包括在高等學校，大家對學問大，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”兩字表達了我們對有學問的長輩的尊敬，參謀長這才表示理解。

　　6．3．2 人工影響天氣的進一步發(fā)展

　　人工影響天氣的工作很重要，從那時起直到現(xiàn)在，我國各地氣象部門對此繼續(xù)開展了大量的工作，收到了很好的效果，為各地經濟建設的發(fā)展作出了有價值的的貢獻。例如，人工增雨就是一項成績不小的工作。但有時在群眾中會寄予過分的希望。去年我的一位不是搞氣象的朋友曾問我一個問題，他說“南水北調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過來，解決北方干旱問題。”我答復是：“不可能”。我說人工降水是有條件的，這個條件就是要有云，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，水份供應十分充足。這就大大超過我們人類現(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。在這種天氣形勢下，才會產生很強的上升氣流，才會有南方暖濕氣流過來補充水份，這就涉及到要調整大氣環(huán)流的形勢，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整大氣環(huán)流形勢。當年大躍進時，我們科學院提過“改造西北干旱氣候”的口號，中央氣象局也成立過“人工控制天氣研究所”，但實踐很快證明此路不通。我們只好收起“改造氣候”的口號，中央氣象局也把那個研究所改為“人工影響天氣研究所”。雖然如此，多年來的實踐經驗證明，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計》（2004，氣象出版社），對此做了很好的總結，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，人工降水工作對科學院大氣所講，不是目的，目的是帶出云物理學科。因此，與開展人工降水的同時，(點擊此處閱讀下一頁)

　　甚至更早一些時候，大氣所就開始籌建高山云霧站，以取得對云物理結構的感性認識。雖然我們開展人工降水飛行作業(yè)時，也同時在飛機上對云物理的微結構進行觀測，但那不能有系統(tǒng)、有組織、有計劃大量地進行。在當時條件下，只有建立高山云霧實驗站，才能對我國云霧微物理特征進行有系統(tǒng)的，有組織有計劃的大量觀測。為此有關領導從當時蘇聯(lián)請來了一位高山云霧實驗專家蘇拉克維里澤（Сулаквелидзе Г. К.），經過他在我國各地考察選定了在湖南南岳衡山建立云霧實驗站。他認為衡山的地形和云霧條件是他所見到的最理想的觀測云物理結構的好地方。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什么學科，要出什么科研成果。而這次卻有著明確的目的，要進行研究，研究我國云霧物理實際情況，要出科研成果。當時的條件很差，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。沒有實驗場地，就借氣象局的高山氣象觀測站。沒有實驗設備，就自己動手。還是土法上馬，那時人們的政治熱情都非常高，只要說是黨的號召，人民的需要，馬上就會挽起袖子來動手干。在顧震潮先生的領導下，很快研制出觀測云霧的基本設備──三用滴譜儀，它既能觀測云滴微結構（包括云滴的數(shù)密度和云滴隨其半徑大小的分布），又能觀測大氣凝結核和云中含水量。在動力上既可手動，又可電動，解決了當時的觀測云霧設備問題。幾年下來，積累出我國第一批高山云霧微結構資料。由科學出版社出了一本專刊，為開展我國云霧研究打下了初步基礎。特別應當提一下的是，我的北大老同學許煥斌所作的貢獻。他畢業(yè)以后被分配到中央氣象局，然后被保送到蘇聯(lián)進修云物理�；貒�后，以中央氣象局的專家身份參加了科學院大氣所建設高山云霧實驗站的工作。當時他還兼做蘇聯(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。他對云霧站的貢獻是多方面的。前面提到的三用滴譜儀就是他設計發(fā)明的。此外，他還是我國最早認識到云物理參數(shù)存在不均勻的起伏狀態(tài)，并且對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，他有意識地進行了一系列的云中含水量的連續(xù)觀測，測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)，起伏強度為10％到30％。這是非常寶貴的重要資料，然而遺憾的是當時領導上沒有認識到許煥斌的這個工作的重要性而被停了下來，直到后來早期的云滴隨機增長理論和我的“對流暖云大云滴隨機生長的馬爾柯夫過程理論”出來以后，才認識到許的工作重要性。不過這時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《氣象學報》上，1965年又發(fā)表在《中國科學》（英文版）上。

　　衡山云霧實驗站搞了幾年，最后終于停了下來，條件實在太差了。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，一位在山上堅持了兩個冬天的同志終于得了嚴重的關節(jié)炎。另一方面，高山云霧站也有局限性，所測得的都是云底部的情況，測不到更重要的內部情況，包括上升氣流和湍流以及溫度、壓力、水汽、含水量時空四維的結構，以及相應的云滴、大云滴、雨滴時空四維結構。所以后來也就撤銷了。

　　6．3．4 抓住云的微物理的中心問題

　　顧先生帶領我們搞云物理最大的功績，就是引領我們抓住了云的微物理的中心問題──雨滴的形成問題，抓住了當時國際上的焦點和熱點，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，動力學和微物理。動力學又分積云動力學、層狀云動力學，中尺度氣象等。微物理方面則又包括氣溶膠凝結核的核化，云滴，大云滴，雨滴，冰晶，雪晶，冰雹，起電，電結構，閃電，大雨滴的形狀和破碎等許多問題。在這眾多的問題當中，就微物理方面講，中心問題就是雨滴形成問題，而當時國際上的焦點就是暖云中大云滴的形成問題。一個雨滴，從凝結核核化開始長成對流云的云滴，半徑增大了兩個量級（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雨滴，半徑又增加了兩個量級（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100萬個云滴才能合并成一個雨滴，過程的艱巨性可以想見。如何解釋自然界降水過程中，是什么因素推動著降水云中不斷地從大量云滴里在足夠短的時間產生足夠量的雨滴就成為云的微物理中一個中心問題。這一問題的難點是在如何穿越20－30微米半徑區(qū)間，這一半徑區(qū)間對凝結增長而言太大了，因之，靠凝結穿過這一區(qū)間要幾個小時，對重力碰并增長而言又太小了，靠它來穿越這一區(qū)間需要十幾個小時。這都無法解釋自然界降水為什么可以在更短的時間內形成，特別是陣雨從云的形成到產生降水最快半小時即可。于是就吸引了眾多的云物理學家進行了大量的探索工作，以求解開這個謎。1935年貝吉龍（Bergeron）提出了一個冷云降水學說。他的學說假定當云層伸展到相當高的高度時，在那里會出現(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，則因為在冰水共存條件下，在冰面會出現(xiàn)非常驚人的高強度的水汽過飽和，當溫度為攝氏－10度時，冰晶表面的過飽和度會達到10％，當溫度進一步降到攝氏－20度時，冰晶表面水汽過飽和度會進一步加大到20％。而 通常暖云條件下，人們公認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移凝華，使冰晶長大的速率，要比通常暖云凝結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資料，芬代森從數(shù)以千計的降水云的觀測證明，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。此后，人們就稱為貝吉龍-芬代森冷云降水學說，這個學說得到了國際云物理界的承認。然而進一步的研究表明，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、云物理的觀測也表明，即使積雨云，云頂在冰晶化以前，當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云物理國際舞臺上大家所矚目的一個熱點，是當時的一個國際前沿課題。雖然本書第一章中已經講過，在當時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里學過云物理，就是顧先生等老一輩氣象學家也沒有學過。顧先生本人一直都在從事天氣動力學的研究。他和葉篤正先生合作，對于“西藏高原對東亞大氣環(huán)流及中國天氣的影響的研究”，達到了很高的水平，因此而獲得1956年度國家自然科學獎。它是我國大氣科學界所獲得的第一個國家大獎，也是“文革”前大氣科學界所獲得唯一的一項大獎。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域，帶領我們這幫當時還毫無經驗的年輕人勇敢地挑起了開創(chuàng)我國云物理事業(yè)的重擔。他找來了當時英國著名的云物理學家梅森（B.J.Mason,注：這個梅森和前面膠體科學中的梅森不是一個人，那位是加拿大人，全名是S.G.Mason）,1957年英文原著《云物理學（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》譯成中文由科學出版社出版）組織我們學習。除此之外，他還找來大量當時國際上研究暖云中大云滴形成的文獻，把它們分給我們這幫年青人，分頭學習，然后各自向大家報告。輪到我報告時。我把所分到的文獻的大致內容介紹過后，把它們評論了一番，這個也不對，那個也有問題。在我的評論下，它們一無是處，顧先生聽了后挺高興，認為我這個報告很好。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“獨上高樓，望盡天涯路”。這是由于前已講到的我在大學中數(shù)學物理課程學得太少，不足以應付那時所要開展的云物理工作有關。

　　終于有一天顧先生非常高興地對我們說，我們在蘇聯(lián)學習云物理的一位研究生已經找到解決問題的新道路，他現(xiàn)在已學成回國。他把隨機過程論引入云物理中暖云云滴增長研究，結果發(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增長理論。馬上它得到了國內有關方面很高的評價。被認為是解決了暖云降水難題的重大進展。不久他就被越級提拔，從一個12級的研究實習員，越過中級職稱的助理研究員階段，連升5級，成為7級副研究員。同時還要我們認真學習他的理論，于是我們這幫在學校中從沒有學過云物理也沒有學過隨機過程論的人，就掀起了一個學習這個新理論學習隨機過程論的熱潮。

　　6．4我的第一個理論創(chuàng)新

　　6．4．1 早期云滴隨機增長理論的功過是非

　　通過學習我們認識到這位朋友的早期理論果然是云物理中的一次重要進展。以往的云滴增長理論都是均勻增長理論，那些理論對云滴增長所遇到的環(huán)境，都假設為相同的均勻分布。例如云滴凝結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，早期的隨機增長理論則正確地指出,這個假定不對。事實上，云中，特別是對流云中存在著強烈的起伏，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。實際環(huán)境則會因云中湍流存在而有大有小，有起有伏。因此各個云滴所遇到的環(huán)境大不相同，必定會有少量的云滴“幸運兒”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。這時它們就會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“幸運兒”不可能多，只是很少一部分云滴，但觀測也早已證明，雨滴濃度要遠遠小于云滴的濃度。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”，就足以產生一場大雨。

　　以上這個新思想還容易接受。但是自然科學與社會科學不同，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算方法，那就還不能說，他已建立了一個新理論。在這方面，我那朋友也找到了一個新方法，就是他把概率論的平穩(wěn)隨機過程論方法，引用來計算對流暖云的云滴究竟會有多少“幸運兒”產生，產生的速度有多快。結果是十分樂觀的。按照他的計算，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秒內形成（也就半個小時多一點）。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可以和當年貝吉龍和芬代森冷云降水學說相比擬的暖云降水學說。

　　本書第一章中已經談到科學有它的繼承性，我們這里談到的早期隨機增長理論也不例外。遠在1958年西方學者，麥克唐納（McDonald）就發(fā)表論文清晰地說明了這個新思想，即暖云降水是一個起伏的隨機過程，而非以往的均勻增長理論所斷言的那樣，所有云滴都會均勻同步地長大。麥克唐納用一個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不同階段的水滴大小，并標出它們的濃度。第一階段凝結核，半徑為0.1微米，在圖上最小只是一個點，濃度是1000/厘米3 。第二階段是云滴，是次小，是個小園，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, 降水過程是一個隨機過程。雖然雨滴半徑比云滴大兩個數(shù)量級。(點擊此處閱讀下一頁)

　　但雨滴濃度卻比云滴濃度小6個數(shù)量級，也就是說只要有百萬分之一的云滴長成雨滴，就可形成一場降水。從而指明所有成功的暖云降水理論，都必須運用概率論、隨機過程論的方法才能解決問題。第一位運用隨機過程理論來解決大云滴生長的是西方學者泰爾福德（Telford），時間是1955年。泰爾福德在那年發(fā)現(xiàn)了云中湍流以外的第二個隨機源。即云滴是以一個一個的個體存在，而非過去均勻增長理論中對云滴重力碰并增長要素，即含水量所假設的那樣，均勻地分布在整個空間。于是，一個云滴就只能和別的云滴逐個逐個隨機地相碰。有時它一個也碰不上，那就是說在這個時間里，它所遇到的云中含水量是0。但另一個時刻里，當它碰上另一個云滴時，這時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量單位就是106克/米3，比原來均勻增長理論所用的對流暖云含水量1克/米3大了一百萬倍，起伏強度可謂驚人。完全可以預期，在這樣起伏的條件下，大云滴靠隨機重力碰并，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。所以應該說云滴隨機增長理論是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的起伏，它首先是由許煥斌在南岳云霧站觀測到的。進一步把隨機過程論中的平穩(wěn)隨機過程論方法引入于云物理之中，來計算由云中水汽過飽和湍流起伏場造成云滴隨機凝結增長的，則是1961年前蘇聯(lián)學者別利亞耶夫(Belyayev)。當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)隨機過程理論全面地應用于云滴在各種各樣的起伏場條件下，通過云滴的隨機凝結增長和隨機的重力碰并增長，使得陣雨的雨滴得以產生。在這個意義上說，我那朋友的理論是自1955年泰爾福德首創(chuàng)隨機增長理論以來，人們所取得的一次可喜進展。

　　上面談過早期隨機增長理論的“功”與“是”，至于這個理論的“過”與“非”，本書第一章中已經談過。即它在引入平穩(wěn)隨機過程論時，對相關系數(shù)的處理犯了一個概念性的錯誤。他丟掉了相關時間概念而使相關系數(shù)恒等于1，一直算到2000秒的生長時間。這完全錯誤，除非相關時間遠遠大于2000秒，而這根本不可能，因為云中湍流場都是有界大小，以云泡來估計，空間尺度為100米，時間尺度為幾分鐘，不可能遠超過半小時。相關系數(shù)恒為1的意思是，云滴中某一“幸運兒”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，這當然長得最快。反之，若加以相關時間的限制，過了相關時間以后，就要“重新洗牌”，原來的“幸運兒”就可能遇到壞環(huán)境，生長速度就要慢下來。相關時間越短，“重新洗牌”的次數(shù)就越多，生長速度就越慢。很明顯，相關系數(shù)恒為1的假定，在物理上犯了夸大湍流起伏場作用的錯誤。我的新理論就是在繼承他的正確思想的同時，要糾正他這個錯誤。

　　6．4．2 我的“對流暖云大云滴隨機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)隨機過程的方法，只不過注入了相關時間的概念。為了穩(wěn)妥起見，我同時還引入了三種不同的相關結構，以進行比較。一是通常使用的指數(shù)衰減相關，二是正態(tài)衰減相關，三仍然是相關系數(shù)假定為1，只不過加進相關時間的限制。在相關時間以內，系數(shù)假定為1，但相關時間以外，就要衰減為0。新的計算表明，當云滴生長時間小于相關時間時，相關結構的影響才變得重要。當云滴生長時間大于相關時間時，相關結構的影響就退居次要地位，而相關時間的影響變成主要。所以弄清對流暖云湍流起伏場的相關時間究竟有多大，就成為首要任務。我先分析了湍流加速起伏場的相關時間，因為這個起伏場，在早期理論解釋陣雨雨滴形成時立了“大功”。由于柯爾莫果洛夫局地均勻各向同性湍流理論已經證明，湍流加速起伏場的起伏強度特別大，可到100％，即湍流加速度可以大到與地球重力加速度g同級，在這樣強的起伏條件下，加上早期理論那個人為的相關系數(shù)恒等于1的假定，經過隨機的重力碰并增長過程，很容易在2000秒內產生出足夠數(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于湍流加速起伏場，同樣證明了它是空間尺度十分小的起伏場，一般只是內尺度，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穿過湍流起伏加速場微團的時間來估計其相關時間，在某一個湍流加速起伏微團中穿行時，相關系數(shù)可認為是1，但當穿過這個微團，進入另一個湍流加速起伏微團時，它和前一個時段中所遇到的 云中加速度就完全無關了，需要“重新洗牌”。這樣算下來，湍流加速場相關時間只有10－3－10－1秒。除了用這一方法估算出湍流加速場的相關時間外，我還從湍流加速場和湍流速度場之間的關系，來估算湍流加速場的相關時間。由于加速場的時間積分就是速度場，就同樣可以用平穩(wěn)隨機過程方法計算出它們之間的關系。對流云中的湍流速度場的起伏強度很大，也可達到與云中平均上升氣流速度同級的程度，即可達到10米/秒。湍流速度場的特征時間可以用云泡的生命估計，是幾分鐘，量級為102秒，由此可估算出湍流加速起伏場的生命特征時間，即相關時間為10－3－10－2秒，也非常短，基本上與前面用湍流加速場的空間尺度估計一致。于是事情就變得十分嚴重了，在不考慮相關時間條件下，似乎湍流加速起伏場可以在2000秒中產生足夠數(shù)量的雨滴，但是在引入相關時間概念后，這個起伏場不但無法在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的相關時間夸大得太多了，至少它夸大了4－6個數(shù)量級，顯然這是個大錯誤。

　　對于對流暖云中湍流加速場做了上述否定結論后，我就轉向剩余的兩個湍流起伏場，一是水汽過飽和起伏場，另一個是含水量起伏場。顯然，這兩個起伏場的相關時間可用對流云中的云泡來估計，由此可知，這兩個湍流起伏場之相關時間應為102秒。雖然它比2000秒的生長時間小了一個數(shù)量級， 但比起湍流加速場的相關時間就大多了。計算表明，它雖然無法在2000秒時間長出足夠數(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)在的提法只是對流暖云大云滴短相關時間的隨機生長理論。這個理論1964年發(fā)表在《氣象學報》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》英文版上。那時還處在極左思潮統(tǒng)治時期，人們不敢自作主張把它投往《中國科學》，否則會被人看成是“一篇論文主義”，個人主義思想。幸虧有顧先生及時推薦，因為那一期《中國科學》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》在內的所有學術刊物都被迫定刊。若推薦時間再晚，就無處可發(fā)表，國際同行就不可能知道我這一理論，也就不可能產生此后幾十年的影響。此是后話，這里暫且不表。

　　所謂“短相關時間的隨機過程”，實際就是馬爾柯夫過程。這過程在隨機過程中正式的名字叫“無后效隨機過程”。也就是說，在某一時刻t1，知道該隨機過程取值x1后，以后的情況就完全可以由t1時刻取值決定，而與t1時刻以前任何時刻的取值無關，哪怕是在t1時刻以前非�？拷黷1時刻的一瞬間，該過程的取值大小均與t1時刻以后的無關。顯然，這只有相關時間遠小于該過程的特征時間時，才會出現(xiàn)。否則的話，光知道t1時刻取值還不行，還得知道t1以前的某一時刻例如t0時刻的取值。但這還不行，還要知道t0時刻以前某一時刻取值大小，依此類推，問題就復雜多了。所以可以說馬爾柯夫過程是隨機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的微分方程來求解。對于像由水汽過飽和起伏場造成的云滴隨機凝結長大情況，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)學上這是一種對流擴散方程，和本書前幾章講的對分布方程數(shù)學形式上相似。按照擴散理論中的G.I.泰勒(G.I.Taylor)定理（這個泰勒是G.I.泰勒與數(shù)學上的泰勒級數(shù)不是一個人。G.I.泰勒是巴切勒的老師，20世紀上半葉的另一位國際流體力學大師。）擴散系數(shù)應是水汽過飽和起伏場強度和相關時間的乘積。當云滴重力碰并中兩個滴大小差別較大時，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散系數(shù)也可由含水量起伏場的強度和相關時間的乘積計算。由于不管是凝結增長，或是準連續(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，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空間中隨機擴散式的生長方程，并求出了相應的云滴譜的解析解，交給當時在中國科技大學地球物理系的兩位同學，徐慶芳和李桂忱去計算。結論在物理上則與我第一篇論文一致，1966年發(fā)表在《氣象學報》上。也剛好是“文革”前最后一期。“文革”爆發(fā)以后就沒有機會再譯成英文在《中國科學》上發(fā)表了。此后，我的第一個理論創(chuàng)新的正式名字也就成為“對流云大云滴隨機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年我按短相關時間的平穩(wěn)隨機過程計算出的一致，云中湍流加速起伏場仍然被否定，云中水汽過飽和起伏場和云中含水量起伏場仍然肯定對大云滴生長有作用，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），這就提供了一個比之平穩(wěn)隨機過程更加有力的數(shù)學工具。因為按平穩(wěn)隨機過程論，人們直接計算出來的只能是云滴大小概率分布的一個特征量──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�，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果，這就使得人們可以處理更多更復雜的實際問題。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上。以著名英國云物理學家梅森，和著名美國云物理學家普魯帕克為首的一批西方學者對于我們所提出的起伏凝結增長過程抱否定態(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重力碰并過程，并進一步把它發(fā)展成更符合實際的，純爆發(fā)型多分散云滴隨機重力碰并增長過程，結論卻很悲觀。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，1971,第二版》中說到：“遺留下來的困難是：目前我們的凝結和碰并理論還不能闡明云滴是如何在幾分鐘內超越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外，但這種情況在內陸是太罕見了”。也就是說，在以梅森為首的西方學者眼里，暖云降水尤其是大陸型的暖云降水還是一個無解的謎。

　　他們如何否定湍流起伏凝結增長過程，以及這種否定又如何被證明是錯誤，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泰爾福德1955年首創(chuàng)性的工作，以及我們對梅森 和普魯帕克的云滴“生長溝”的看法。

　　對于泰爾福德的雙分散純爆發(fā)型隨機碰并過程 ，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，泰爾福德過程不承認這種起伏，對背景含水量場作了均勻分布的假定，這個假定不符合對流暖云的實際情況。正如許煥斌60年代初在南岳衡山高山云霧站觀測到的，(點擊此處閱讀下一頁)

　　對流暖云底部，空間尺度為幾米到十幾米的尺度上，含水量場就存在著10－30％的起伏。由此可估計到，對流暖云中部，空間尺度更大，含水量場會存在更大的起伏。于是在含水量大的地方，泰爾福德過程就會以比他均勻含水量條件下更快的速度產生出大云滴來。完全可以預計出，當我們把這兩種起伏增長過程結合起來后，會有更好的結果。1966年我們用兩次概率加權的方法計算了這種聯(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。這個工作同年在《氣象學報》上發(fā)表。1976年圖梅（Twomey）和瓦爾納（ Warner）根據(jù)他們觀測到的對流云中實際含水量起伏資料指出，若云中高含水量區(qū)（含水量高達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，那么在這個地方純爆發(fā)型的隨機重力碰并過程，就會以極快的速度產生出大云滴來，這個觀測與我們1966年的理論預測一致。

　　發(fā)展泰爾福德1955年雙分散純爆發(fā)型隨機重力碰并理論的第二條途經，就是要使它和我們的湍流起伏凝結理論結合起來。正是用這種聯(lián)合作用可以解釋對流暖云中的實際過程如何填平梅森-普魯帕克的大云滴“生長溝”。仔細分析這個“生長溝”，它的起點是20微米半徑的云滴，它的終點是25微米的大云滴，非常巧兩個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)型的隨機碰并就可以填平這個“生長溝”，這對泰爾福德過程有最好的效果，我們已經指出泰爾福德過程隨著碰并次數(shù)的增加，生長時間就加長，生長空間也在加大，其隨機效應就會逐漸被平滑掉。因此，一次爆發(fā)型碰并會有最好的隨機效果，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20微米大小的云滴的重力沉降速度相同，不可能產生重力碰并，然而我們若把半徑間隔取成比平常數(shù)值計算時的1微米間隔更細，假定分成兩個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�，F(xiàn)在就成為兩個區(qū)間的滴譜濃度,一個是由19.5微米到20微米,平均半徑是19.75微米,另一個是20微米到20.5微米,此區(qū)間的平均半徑是20.25微米,這兩個云滴并合到一點形成一個新滴，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,一個平均半徑是19.75微米,叫次20微米滴,另一個是20.25微米滴叫主20微米滴。當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小概率問題,對此,這一點點重力沉降速度差也就足夠。還有一個問題要解決,就是主20微米滴如何才能達到足夠多的濃度,然后才可以通過與次20微米云滴的一次純爆發(fā)型隨機并合填平“生長溝”。產生小濃度（但已達到了雨滴濃度標準）的25微米半徑大云滴。這個問題只能通過我們所提出的湍流起伏凝結過程來解決。從凝結核到20微米大小，這區(qū)間本來就是由凝結過程控制，何況現(xiàn)在是起伏凝結過程。由這一過程應該可不斷地產生足夠多的主20微米滴，然后再通過與次20微米滴一次并合產生出濃度達到雨滴濃度的25微米大云滴來，從而在幾秒鐘內填平了梅森-普魯帕克 的大云滴“生長溝”。計算表明，這兩種隨機過程聯(lián)合作用的結果，完全可以解釋中緯度對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)的對流暖云，那里的水汽供應異常充足，云中湍流強度也很大，則單一的起伏凝結就可在幾秒鐘內填平“生長溝”產生出大云滴來。但一般條件下，特別是中緯度大陸地區(qū)，仍需湍流起伏凝結與一次純爆發(fā)型隨機重力碰并的聯(lián)合作用。以上就是我和朱珍華合作的結果，1987年發(fā)表在《氣象科學》上。

　　6．5 在國際云物理舞臺上引發(fā)的一場風波

　　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)了一場風波。首先發(fā)難的是英國氣象局學者巴特萊特, 1968年他在加拿大多倫多舉行的國際云物理會議上第一次對我們的理論提出了挑戰(zhàn)。隨后梅森就在他1971年《云物理學》第二版中，對巴特萊特的挑戰(zhàn)給予了強有力的支持，緊接著在1972年巴特萊特和瓊納斯（Jonas）又聯(lián)合在《英國皇家氣象學會季刊》上正式發(fā)表論文，充分闡明了他們的觀點。原來他們對云中水汽過飽和起伏場的來源，和我們有完全相反的觀點。他們認為湍流場不是水汽過飽和起伏場的根源。相反，它是起伏場的“匯”（注：即把起伏場平滑掉的過程）。他們認為湍流的作用，對起伏場而言，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混合起來，最后把起伏平滑掉。因此，他們認為我們把對流云中各種起伏場的根源歸之為湍流的作用是完全弄錯了。那么在對流暖云中實際存在的水汽過飽和起伏場又是從何而來呢？他們認為那是由于對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流云中水汽過飽和度的起伏。云中水汽過飽和場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。氣塊在上升時會因絕熱膨脹消耗自己的內能而降溫，隨著氣塊溫度的降低，氣塊的飽和水汽壓也就一起降低，直到達到飽和狀態(tài)，氣塊再上升，再降冷時水汽就達到過飽和狀態(tài)�？梢宰C明上升氣流越強，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流云中水汽過飽和起伏的唯一根源觀點下，巴特萊特和瓊納斯1972年就能根據(jù)上升氣流起伏的大小，計算出相應的對流云中水汽過飽和起伏大小。由水汽過飽和起伏情況，他們就能計算出云滴凝結增長的不同效果，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，在云中運動的確切位置可以計算出來。他們假設在開始時刻，在云底有一個單分散的云滴群體，然后各自隨不同大小的上升氣流而做上升運動，一邊運動，一邊因凝結而長大，但長大的速度不同。上升氣流強的地方，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括號，因為它實際上不可能在同一高度上觀察到。在同一時刻，它們分散在整個云中不同高度。遭遇到強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際滴譜分散度的情況。他們把考察點放在某一高度上。結果很有趣，雖然在同一時刻原來的單分散滴譜可以分散得比較開，云滴大小具有相當大的分散度，半徑有大有小。但那是分散在整個云中。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。這是因為在高度給定時，遭遇上升氣流強的云滴，只經歷了很短時間就到達那里。反之，遭遇上升氣流弱的云滴，要經歷很長時間才運動到那里，這個時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，水汽過飽和起伏場雖然在對流云中確實存在，但它對云中某一高度上的云滴譜加寬沒有作用。

　　還需要補充兩點說明。第一，我們在60年代所建立的起伏凝結生長大云滴的理論，是一個生長過程理論，并不是云滴譜形成和加寬的理論。這兩者雖有聯(lián)系，但卻是兩個不同的問題。后者要更復雜，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，至少就要加進云滴在云中運動的情況，而巴特萊特和瓊納斯所考慮的云滴在云內運動情況又太簡單了。他們只研究了云滴在上升氣流作用下在云中運動，而沒有考慮湍流， 而如果我們再把湍流加進來后，云滴在一定的時間后就不再可能運動到確定的高度，那將是又一個隨機過程，問題要復雜得多，能否還達到與巴特萊特和瓊納斯1972年相同的否定結論，就大成問題。第二，本書前面已經講過，基本上和我們同時，甚至更早一些，從1961年開始，前蘇聯(lián)學者別利亞耶夫就已經有了起伏凝結的理論工作。隨后一直持續(xù)到1976年，陸續(xù)有前蘇聯(lián)學者從事起伏凝結理論工作。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解釋大云滴的生成�？磥砦鞣綄W者批判的主要矛頭是指向前蘇聯(lián)學者的云滴譜加寬理論，但就我們和前蘇聯(lián)學者的基本思想而言，確是一致。我們雙方都肯定云中湍流起伏場是云中過飽和起伏場的根源，所以西方學者在批判前蘇聯(lián)學者同時，捎帶著把我們也批判了�；仡欉@一往事，使我想起當時中國和前蘇聯(lián)在政治上正處于緊張對立，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研究方面，中蘇雙方的學者卻無意之中走到一起，而且都成了西方批判的對象。另一方面，就是在這一時期，特別是從70年代開始，西方和我國在開始了友好往來。這種政治和學術并不一定永遠一致的情況，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，進一步論證了，湍流混合是對流云中水汽過飽和起伏場的“匯”，而不是“源”�？磥砻飞瓕�這個問題十分重視，他不滿足于1971年簡單地對巴特萊特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我們的批判。所以，在當時的國際云物理舞臺上，一時間真可以說是“西風壓倒東風”了。

　　6．5．2 轉折點──萊塞姆（Latham）的實驗

　　然而“西風”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《英國皇家氣象學會季刊》上，講的是萊塞姆和里德（Reed）在室內用垂直風洞進行的一次實驗。根據(jù)這次實驗，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──湍流混合乃是使起伏場均勻化的“匯”，而非起伏場的“源”，這一基本觀點提出了質疑。他們指出湍流混合并非像梅森和巴特萊特所設想的那樣是一種均勻混合。相反，萊塞姆根據(jù)他們的實驗提出，對流云湍流混合乃是一種非均勻混合，它的確是如我們60年代所設想的那樣，湍流場是云中起伏場的“源”而不是“匯”。從而形成了一個轉折點。

　　萊塞姆的垂直風洞實驗中，從5米長，直徑為25厘米的風洞底通進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。然后在垂直風洞下半部的側面再通進一股濕度僅為90％的不飽和的干空氣與原風洞內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使水滴蒸發(fā)，萊塞姆在風洞的上半部對混合蒸發(fā)后的水滴滴譜進行了觀測，同時又和梅森,巴特萊特的均勻湍流混合的理論進行比較。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算出。其結果應是，滴譜寬度變窄，平均半徑、分散度都變小。同時水滴濃度和含水量也變小， 這是均勻蒸發(fā)的結果。然而，這卻與垂直風洞中實際觀測到的混合蒸發(fā)后的滴譜特征不同，實際觀測到滴譜寬度、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)�此提出了一個湍流非均勻混合的理論。這個理論說，當湍流混合時，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。這樣就會形成滴譜平均半徑不變、寬度和分散度不變，(點擊此處閱讀下一頁)

　　僅僅水滴總濃度和含水量變小。然后當這股氣流再遇到合適的條件，比如由于溫度降低而再度達到過飽和狀態(tài)時，就會因凝結增長而使滴譜加寬、分散度加大、平均半徑長大的情況。而不會像均勻蒸發(fā)那樣，當遇到凝結增長有利條件時，譜的寬度只能恢復到原來大小而不能進一步加寬了。以上就是1977年萊塞姆和里德的著名實驗。否定的否定，原來否定者梅森和巴特萊特的理論基礎──湍流均勻混合被新的實驗否定了。對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，初步地恢復了名譽。

　　6．5．3 曼頓（Manton） 的新發(fā)展

　　在萊塞姆和里德 1977年的起了轉折作用的著名實驗發(fā)表后兩年，1979年澳大利亞學者曼頓發(fā)表了一個新的計算，在他這個計算中，曼頓同樣從云底送進一組初始云滴，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的條件中，一邊向上運動，一邊經歷了起伏凝結長大的過程。在計算中，對水汽過飽和起伏場強度的計算，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誤理論被拋棄了，現(xiàn)在曼頓認為對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因子決定，而且上升氣流這個因子還要打上一個折扣，乘以一個a的因子，這個因子的大小與上升氣流起伏強度、湍流強度、滴譜分布的一些特征量有關。這樣一來，云滴所遇到的水汽過飽和度的大小，和上升氣流強度大小的的緊密聯(lián)系就被打破，曼頓計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局。曼頓的計算表明，加進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。這個數(shù)據(jù)與瓦爾納1969年的觀測一致。曼頓的這個工作同樣發(fā)表在《英國皇家氣象學會季刊》上，是湍流起伏凝結過程理論的一個新的發(fā)展，進一步確立了湍流起伏凝結理論的地位。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)在經過萊塞姆，里德和曼頓的努力，它也可以解釋對流云中云滴譜形成展寬的過程。

　　6．5．4 萊德爾（ Ryder） 說：對不起

　　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展。這時，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上掀起了這么一場風波，居然連梅森 這樣的大人物也卷入這場戰(zhàn)斗。我感到了我那在云物理上的理論創(chuàng)新的重要價值，并為此而感到榮幸。

　　此后不久，1980年在英國皇家氣象學會于倫敦舉行的一次學術會議上，經劍橋朋友的介紹，我認識了英國氣象局當時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），不知道你們對這個問題現(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。

萊德爾對我說：對不起，那時，我們考慮不周，現(xiàn)在我們對這個問題有新的看法。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。他于是邀請我方便時去訪問英國氣象局他的云物理研究室。訪問在當年順利進行，在英國氣象局，我才知道他們的學者考基（Caughey）和 基琛（Kitchen）當時正在野外對自然界的層積云中的湍流和云的微結構進行觀測，工作雖然在我訪問時尚未結束，但初步結果已經有了，他們發(fā)現(xiàn)在層積云內外確有湍流混合存在，干空氣被夾卷進云中，其特征和萊塞姆和里德 1977年在垂直風洞中觀測到的一樣，這種湍流混合具有萊塞姆所主張的非均勻湍流混合性質，因而產生了非均勻蒸發(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所持有的基本思想──湍流混合是均勻混合。盡管梅森還是當時他們的直接領導，英國氣象局的局長，他們卻有了和局長相反的思想觀點。考基和基琛這一工作，后來在1984年正式發(fā)表，同樣是在《英國皇家氣象學會季刊》上。這樣，這家英國自己的氣象科學最高水平的刊物，就客觀地“百家爭鳴”式地報道了這場爭論的全過程。

　　在我訪問英國氣象局的同時，我獲知梅森已離開它原來的工作單位帝國理工學院，來到英國氣象局，主持英國氣象局的工作。我于是經過 萊德爾向他提出了申請和他會面，交流一下對云物理的看法。他接受了我的請求，當天我們就會面進行了交談。交談使我很驚奇，原來梅森 仍然堅持他原來的均勻混合的觀點，并未和他的下屬 萊德爾 一樣放棄原有的認識�？磥�，要使一個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，在國際云物理舞臺上實行“一言堂”，就是在他直接管轄的英國氣象局內部，他也沒有實行“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。這種對不同意見的寬容態(tài)度，實在難得，令人起敬。當然，科學的發(fā)展需要“百家爭鳴”式的民主管理。世界是復雜的，人類認識真理的過程也是曲折而復雜的。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”只會阻礙科學發(fā)展，是十分危險的。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

　　本書第一章中已經提到劍橋學術活動十分活躍，十分頻繁。給我的感覺是，一個學術機構的水平高低，其實可以從它的學術活動的活躍程度，頻繁程度判斷出。而劍橋的學術活動的活躍程度，剛好可和它在世界上的學術界的地位相比。本書第一章曾講到，劍橋應用數(shù)學和理論物理系的飲茶室大廳內，墻上掛著每周全系的重要的學術活動日程表。這是一個大布告牌。此外，各大組，各課題小組還有自己的小安排。所以每個人每周至少要參加兩次學術活動。一個是本小組的，一個是大組的。小組的叫 非正式的報告會，大組的叫正式的報告會，報告會的原文seminar或可譯成研討會，討論班。如果興趣廣泛，則還有更多的報告會可以參加，可謂忙矣。來做報告人范圍也很廣。有從國外請來的， 從校外請來的，從外系請來的。也有自己人，本系的，本大組的，本課題組的。級別相差也非常大，最高有諾貝爾獎金獲得者，也有一般的教授、副教授、講師、博士后、訪問學者，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。當然這種活動都是自由的、自愿的。在劍橋每一位工作人員，包括訪問學者和博士生，都有他的辦公室，教授一個人一間，一般人兩個人共用一間。可是他們并沒有考勤制度，上下班與參加學術活動都是自由的。當然世界上沒有絕對的自由，其實他們對參加不參加系里的活動還很注意。有一次，巴切勒找我談話，談到和我一起從國內到他這個系里天體物理組進修的年輕朋友，巴切勒對我說，你的那位年輕朋友已有好幾個月沒有到系里來了，我不知道是什么原因，請你去了解一下。如果他確實不需要我給他安排的辦公室，我可以收回，因為還有人等著要用。我大吃一驚，忙去找到這位年輕人，向它轉述了巴切勒的意見。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。從這個例子可以看出，并沒有絕對的自由，你到不到系里，參加不參加系里的學術活動他們還是很在意的。

　　我體會，參加學術活動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。這不僅對報告人是一種特殊形式的考察，對于聽報告的聽眾來講，也是一種考察。你參加學術活動積極不積極，聽報告后提得出問題，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，從中可以看出一個人的實際水平。一般在西方，做報告的人，也對聽眾提問題抱十分歡迎的態(tài)度，如果做完報告后，鴉雀無聲，什么問題也沒有，那報告人就會十分失望，認為你沒有聽懂。一位美籍教授對我說，進行這種學術交流，你們叫講學，我們則叫做報告會，意思是說，在報告會上大家都是平等的，并不是說報告人就一定比聽眾高明。實際可能相反，作為一個聽眾，他的任務就是要找出報告人的問題來。所以可能聽眾比報告人更高明，叫講學是不合適的。巴切勒的流體力學大組就是這樣，流體力學在20世紀上半葉實現(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域進軍。納入流體力學視野的有天體流體力學，地球物理流體力學，大氣動力學，生物體內血液微循環(huán)系統(tǒng)的流體力學，地質流體力學，懸浮體力學等等�；�樣百出，到劍橋巴切勒這里的流體力學大組來做報告 的人也就各不相同，背景很廣泛。但不管是什么領域中的流體力學學者來這里做報告，巴切勒手下有幾員大將非常厲害。在聽完報告后，都能提出一些很尖銳的問題來，讓報告人緊張一下，甚至是下不了臺。所以，受到劍橋大學的邀請，到劍橋來給大家做報告的學者，心情是矛盾的。一方面當然很高興，有機會到這所世界上第一流的學府中做報告，都感到是一種榮譽。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。有一次一位美籍流體力學教授應邀到劍橋巴切勒這里來做報告。報告以后，我曾找機會和他進行交談，交談中他告訴我，在報告前他對巴切勒講，這次到劍橋來做報告，是準備好把自己送到獅子嘴里面去了。但報告后，巴切勒對他說，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月的高級訪問學者。在這樣的背景下，當然會有機會給劍橋的朋友們講一講我的工作。時間是在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”來邀請我，說他們博士生自己還有一個更加非正式的報告會，一周一次，不在正常工作時間，而是利用中午午餐時間，由他們請客，簡單便飯，飯后就開講。這種活動從來就沒有列入正規(guī)的學術活動日程，所以我那次才知道還有這么一個學生自己組織的報告會活動（后來還在達爾文學院做過一次非正式的報告）。講過之后不久，流體力學大組當時的負責人亨特博士來邀我給他們的流體力學大組做一次正式的大報告，并對我的報告提出一點要求，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，顯得相當平等。劍橋教授職稱控制很嚴，一個專業(yè)只設一位教授，其他至多是副教授。所以在流體力學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。實際上他們的講師，博士后中隨便拿出一位來，都是水平相當高，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，并開始了認真的準備。以第一次給博士生的講稿為基礎，又做了仔細的修改，那一次給博士生報告的重要性就顯出來了�？磥韯�橋的朋友是好意，為了使我這個剛從閉關鎖國的中國走出來的人能在用英語做報告問題上有個適應過程，他們有意識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告打下基礎，是一次很好的練兵。對報告的學術內容，我并不擔心，也不緊張，因為我已經知道我那理論成果已經經受住了英國學者們十幾年的反復檢驗，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。當然我是第一次用英語做正式的學術報告，能否講好，還是有點擔心。(點擊此處閱讀下一頁)

　　巴切勒建議我事前要Practice幾次（練習幾次）。我照他的要求做了，于是在報告前已經有了相當大的把握，確信自己能夠用英語講好我那第一個理論創(chuàng)新。報告終于在一個周末，星期五的下午在劍橋應用數(shù)學和理論物理系的大教室中進行。這個時間地點是通常流體力學大組舉行正式報告會的時間和地點，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風波。報告后的反應是出乎意料的，大家沒有提出任何質疑，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創(chuàng)新，因為從來的概率論處理一般隨機過程時，都是要計算它的統(tǒng)計平均值，比如他的懸浮體力學。而我們這個工作與此不同，是要找小概率事件的發(fā)生規(guī)律。因此巴切勒認為 這在概率論，隨機過程論上也是個創(chuàng)新。更使人感動的是報告會結束后還贏得了全場熱烈的掌聲，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，激動地說：“Splendid! Splendid!”（輝煌的！好極了�。┪蚁蛩�說：“我講的可能還不夠好，因為我的英語 還不行，這是我第一次在這么多人面前，這么莊重的場合下，用英語做報告�！� 巴切勒對我說：“這肯定不是最后一次，而僅僅是開始�！� 巴切勒預言完全正確，從那以后一直到我離休，我一直活躍在國際學術舞臺上。盡管回國以后，條件差得較多，但是在國家自然科學基金委員會和南開大學的大力支持下，在相應的國際學術舞臺上我還盡可能多地發(fā)揮自己的影響。飲水思源，當年在劍橋以巴切勒為首的朋友們對我的幫助實在是功不可沒��！

　　6．6 載入國際云物理發(fā)展史冊

　　6．6．1 兩度被載入

　　第一次在1978年，載入美國著名云物理學家普魯帕克和克萊特撰寫的專著《云和降水的微物理》，該書總結了20世紀特別是20世紀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搜集了大量的云和降水的微物理研究文獻。載入該書的共有兩千篇之多，但中國大陸地區(qū)學者的文獻僅載入三篇，一篇是我那1964年以中文在《氣象學報》發(fā)表，1966年 又譯成英文在《中國科學（英文版）》上發(fā)表的論文，題目是：《起伏場的相關時間對云滴隨機增長的作用》。普魯帕克 和克萊特不懂中文，當然引的是英文版《中國科學》1966年，第15卷，第870－879頁。第二篇就是我那朋友的早期理論，當然也不能是他的中文原作，而是1966年以中國科學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)讀副博士學位的學位論文，有關積云的觀測工作。與我們云滴隨機生長過程理論無直接關系，此處不詳細介紹。能夠載入國際云物理的著名學者撰寫的國際云和降水的微物理著作，當然使我高興，意識到我那第一個理論創(chuàng)新的重要價值，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者的工作太少，從1958年到1978年，這20年以來，我國大陸學者在云物理和人工降水領域也做了不少工作，但只引入三篇，實在太少了。反映出我國在國際云物理界的地位和影響還相當?shù)�，有待大力改善。第二是普魯帕克和克萊特的著作發(fā)表時間還處在本章前面講的那場國際云物理舞臺的“西風壓倒東風”時期，所以在那本著作中，他們仍然表示了對梅森 和巴特萊特等人工作的支持，從而對我們（也包括前蘇聯(lián)學者）工作取否定的態(tài)度。即使如此，普魯帕克 和克萊特能吧這場風波寫入他們那本大作，顯示出這場爭論不是小事。在國際云物理界這場爭論確有重要意義。

　　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力學家戈頓和安塞斯兩人合著的《風暴和云動力學》之中。這本著作在1993年 由南京大學大氣科學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。使我高興的事是，這本講云動力學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（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力學為主，他們的云的動力學也不是局限在個體的小尺度范圍的積云動力學，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，那本書的重點是云和降水性的中尺度氣象系統(tǒng)的動力學。這已經成為當前大氣科學的一個重點領域。因為 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、冰雹雷電和嚴重雪暴等強烈的災害性天氣，而一般天氣觀測網的探空站間距又太大無法抓住這種中尺度的系統(tǒng)。因此，預報這類災害性天氣系統(tǒng)是一項嚴峻而重要的任務，成為當前國內外大氣科學研究的一個重點領域。真沒想到我們對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。居然我們這個微小甚至可說是渺小的世界對戈頓和安塞斯的大世界有不可忽視的重要作用。時間已過去了將近30年，我那篇云物理的代表作不但沒有 淡出歷史，相反它卻能與時俱進，到現(xiàn)在當云物理已進入和中尺度氣象學相結合的時代，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力學的書中，按譯者葉家東的統(tǒng)計收入該書的文獻有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。問題是它是講動力學的，所引1553篇中絕大部分是動力學的文獻。講微物理的文獻只有236篇，其中又有一部分是講和降水預報有關的，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，所以進入普魯帕克和克萊特的書中的微物理文獻又要優(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，正因為如此，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“西風壓倒東風”時期，對我們和前蘇聯(lián)學者的工作持否定態(tài)度。而1993年戈頓和安塞斯中文版的書，已處在風波剛過，情況反轉過來。因此，他們對我們和前蘇聯(lián)學者的工作持肯定態(tài)度，與第一次普魯普克的態(tài)度完全相反。在書中，戈頓和安塞斯確認我們（包括前蘇聯(lián)學者）是一個學派，正是這個學派提出了小尺度湍流引起水汽過飽和起伏場可以加寬云滴譜，從而產生戈頓和安塞斯所說的降水胚滴。歸入這一學派的除趙九章和我以外，還有前蘇聯(lián)學者別利亞耶夫(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派之后的后續(xù)工作。首先是澳大利亞學者曼頓 1979年的工作，被認為是一個更普遍的理論。我們這一學派和巴特萊特,梅森 等人所提出的情況被認為是曼頓 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想（巴克爾,萊塞姆 1980）。與此同時最早提出雙分散純爆發(fā)型隨機碰并增長理論的泰爾福德也參加進來，他和他的合作者柴（Chai）提出了第三種可能性。泰爾福德對湍流非均勻混合具有很堅定的的信心，他在這方面的工作一直延續(xù)到戈頓和安塞斯寫書之時，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，跟上時代的發(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，經過30年來反復研究到現(xiàn)在終于達到一個肯定的結論。正如戈頓和安塞斯在1993年中文版中所講的那樣，大家已經承認湍流混合在降水胚滴形成過程中確是一個重要的因子。梅森和巴特萊特所提出的湍流均勻混合，否定湍流作用的錯誤思想被徹底推翻了。因此，在這個意義上人們確可以說，現(xiàn)在的“風向”已經倒轉，人們迎來了“東風壓倒西風” 的新時期。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，存在著爭論，最終的結論還未做出。問題在于雖然湍流混合因子有重要作用這一點已經肯定，但究竟它是以什么方式起作用，這一點卻到現(xiàn)在還沒有達成一致。在這個意義上，戈頓和安塞斯在1993年中文版中也同時提到，暖云中降水胚滴究竟是怎樣形成的問題，還沒有最后解決。對此，我將在下一節(jié)中進行討論。雖然如此，我們和前蘇聯(lián)學者60年代提出的，對流云中湍流在催生云中降水胚胎有重要作用的新學說已開啟了國際暖云微物理研究的一個新方向，其重要意義甚至在現(xiàn)在對研究中尺度大范圍降水過程也很突出，這一點則確定無疑。

　　6．6．2 曲折的道路，光明的前景

　　1935年貝吉龍的冷云降水學說，比起我們和前蘇聯(lián)學者這一學派60年代提出的暖云學說要順利得多，他們只用了4年時間，到1939年芬代森 的德國觀測資料發(fā)表，貝吉龍的學說就得到了大家的承認。而我們的學說所經歷的發(fā)展道路卻比貝吉龍的道路曲折得多。經歷了40年的風風雨雨，到現(xiàn)在大家雖已承認湍流起伏場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，認定對流暖云中湍流具有很強的垂直相干性，而且云滴譜的一個特征量──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相關的關系。這是導出曼頓理論的一個重要依據(jù)，可惜，到了1985年奧斯丁（Austin）等人根據(jù)他們對對流暖云的實際觀測，證明曼頓所假定的負相關并不存在。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年的風洞實驗，提出一個云外干空氣從云頂或云側夾卷進云中與云內濕空氣發(fā)生了一種他們稱之為兩階段的非均勻湍流混合，使云滴先產生了非均勻蒸發(fā)，最后再次凝結會使云滴譜加寬產生了大云滴。1984年巴克爾和另外一些人合作，進一步改進了他們的理論模式，使之更精確化。但干空氣夾卷進云中，產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）合作進一步發(fā)展了云外干空氣夾卷進云中產生非均勻湍流混合的理論，并為此和梅森發(fā)生了爭論，批評了梅森的湍流均勻混合的觀點。但是1984年， 國際云物理界組織了一次大規(guī)模的對流云觀測試驗，試驗名稱叫“對流降水協(xié)作試驗”（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)生了一場爭論。

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

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

　　聽起來永遠會使人們感到，他們是想用關小煤氣的方法來加速燒開一壺水！”我很同意梅森對于干空氣夾卷理論的批評，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，云內不同水汽過飽和的云泡之間必定會有另一種是“濕”的而非“干”的非均勻湍流混合存在，這種“濕”的非均勻混合產生的就不是非均勻水滴蒸發(fā)，而應是非均勻水滴凝結，由此所產生的大水滴就必定比梅森均勻混合、均勻凝結所產生的水滴更大�？上В�不知為什么1977年萊塞姆在他的垂直風洞試驗中，只從風洞外送進去干空氣，結果就陷入非均勻蒸發(fā)的不合理的概念之中而無法自拔。其實只要萊塞姆在他的試驗中從風洞外送進一股比風洞內濕度更大的氣流進去，人們就必定能夠看到這種“濕”的非均勻湍流混合，這種混合必定會產生非均勻凝結，而不再是非均勻蒸發(fā)，梅森的反批評就可解決了。

　　此外，我以為 對湍流起伏場的作用還應在更大視野內加以考察。問題在于湍流的作用能夠僅限于混合作用嗎！按照常識，混合應該是小尺度湍流的作用，只有小尺度湍流才會使不同屬性氣塊混合起來。但是云中的湍流特征尺度，應該要大得多。早在60年代建立我們的理論時，就已指出對流云中湍流特征尺度可以云泡來估計。因此它的空間尺度應有100米，時間尺度應有幾分鐘。這樣大尺度的云泡（湍渦）運動時，必定會有相當強的上升運動，尺度也可達到百米數(shù)量級。因此，必定會在局部地區(qū)產生更高的水汽過飽和，這對水汽過飽和起伏場當然起正的作用，而不是混合那樣的負作用。而且這也不應該和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性的，連帶水滴的運動也是隨機性的。一定時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，連帶水滴的運動也是確定論型的。一定時間后，有確定的位置。因此，從我們這個概念出發(fā)，就不可能產生巴特萊特和瓊納斯滴譜無法變寬的結果，而是必然會有直接的降水胚滴產生出來，云滴譜會加寬。沿著這個新思路，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，我們的暖云降水學說是經歷了怎樣一個復雜而曲折的發(fā)展過程，和貝吉龍的冷云降水學說相比，真可以說是多災多難。到現(xiàn)在看來還有一段相當長的路要走。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)動力學雖然已取得了不少成就，但也還有不少問題有待進一步研究解決。在進一步改善對中尺度災害性天氣預報方面，也還有不少科學問題需要進一步處理。盡管如此，戈頓和安塞斯仍然認為前景光明。因為解決中尺度降水性天氣系統(tǒng)的認識和理解問題，不僅本身具有重要的社會意義和科學意義， 而且這對進一步認識和理解全球尺度大氣環(huán)流，氣候的變化，全球的地球化學等相關問題具有重要價值。因此，這就構成一個強大的動力，促使人們去加強這方面的研究。戈頓和安塞斯在該書《后記》中就向人們預告了美國將在90年代展開名為風暴中尺度系統(tǒng)觀測計劃（STORM）,在計劃中人們將使用更先進的觀測系統(tǒng)，配備更加強有力的觀測設備，完全可以預期，觀測計劃實現(xiàn)后，人們對降水性中尺度天氣系統(tǒng)的認識會有進一步的飛躍，更多的科學問題將獲得解決，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力學掛上了鉤，除人工影響天氣以外，現(xiàn)在微物理的研究又多了一個更加強勁的動力。借著這股強勁的東風，可以期望一個被大家公認的暖云降水學說，最終應能產生。戈頓和安塞斯的書已把這個學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)有關的學者在20世紀60年代和70年代的工作載入了這段暖云降水學說歷史的開端，承認是我們這個學派開啟了暖云降水學說的新方向，并且肯定了這幾十年的主要收獲，即國際上已確認暖云中的湍流起伏場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。這完全是前進中的問題，應該可以在前進中得到解決。其實不光是云中湍流，在下一章里讀者將會看到一般的大氣湍流，甚至是更一般流體運動中的湍流都是個大難題。對此，我們不能夠太心急，要有足夠的耐心。雖然大自然是復雜而無限的，但人類認識自然的能力也是無限的�？梢灶A期，比如說再過若干個十年，經過理論和實驗云物理學家的共同努力，經過全球各國云物理學家的共同努力，一個得到國際公認的由湍流起伏場引發(fā)的暖云降水學說必定會最后誕生，而這正是我們這一學派在20世紀60年代70年代的工作所播下的種子。想到這一點確使人感到十分欣慰！當然讀者從前面引的這一學派的名單中可以看出，無論從人數(shù)上看，還是從延續(xù)的時間長短看，前蘇聯(lián)學者都是這一學派的主體，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，對此，我感到非常榮幸！

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