中国大气科学地方特色的个案研究与哲学思考_大气科学论文

中国大气科学本土特性的案例研究与哲学反思，本文主要内容关键词为：中国论文,大气论文,本土论文,特性论文,哲学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

       中图分类号：N09 文献标识码：A 文章编号：1673-8462(2014)03-0024-6

       大气科学在近代完成了学科建制化后，成为现代意义上的科学体系.大气科学因研究对象是全球范围流动的气层，所以大气科学的基本理论也是全球性的理论，如大气长波理论反映了地球近地面大气层的一般规律.然而，与物理、化学等自然科学有所不同，大气科学研究的对象与区域下垫面和人群反应息息相关.这就是说大气科学的理论体系由全球性基本理论框架和区域性大气理论组成.可用如下公式表示：

       Σ现代大气科学理论体系=Σ全球性基本理论框架+Σ区域性大气理论

       中国近代大气学科基本上以引进为主，在吸收和应用全球性大气基本理论的同时，自主创新的区域性大气理论得到充分发展，概括为“中国大气科学的本土特性”.其特点有二，其一，这种本土性与中国三级阶地和特殊的地形下垫面密不可分；其二，与中国独特的社会结构和历史进程密切相关.这两个特点并不是全球其他国家或区域具备，这是中国的独有特征，这使得中国大气科学在建制化过程中本土特性得到明显体现，同时为全球性大气理论贡献了自己独特的成果.

       陶诗言是中国本土成长起来的著名气象学家，在中国当代气象学界，陶诗言和叶笃正(2005国家最高科学技术奖获得者)几乎拥有相等的学术地位，与顾震潮三人同为蒋丙然、竺可桢之后当代中国大气科学第二代的领军人物，与叶笃正、顾震潮师从罗斯贝(Car-Gustaf Rossby，1898—1957)，陶诗言没有出国留学，没有博士学位，甚至没有硕士学位，最高学位是学士，但他的一生却为中国气象学的发展和中国气象事业做出重要贡献.

       在当代中国大气科学技术史上，陶诗言是体现中国大气科学本土特性的杰出和典型代表.有四个原因.第一，陶诗言接受了当代最先进的罗斯贝学派理论，并一直紧跟世界科学前沿，为世界范围内大气科学知识体系做出贡献.第二，陶诗言与中国当代大气科学知识体系共成长，尤其在天气学领域，几乎代表了一个时代.第三，陶诗言的大部分科学理论来源于中国本土气象实践和业务实际，又直接为预报实践服务.第四，陶诗言开创了中国大气科学的“实践学派”，为今后中国大气科学发展树立一个科学范式.正是因为这四个特点，可以得出结论：陶诗言是中国大气科学本土特色的典型代表.

       1 学术成长紧跟世界前沿

       陶诗言一生的学术成长轨迹有其自身独特特点，其中之一就是一直处于并紧跟世界大气科学发展中最前沿，这弥补了他没有出国留学带来的不利条件，在中国本土不仅接收到世界上最先进的大气科学理论，而且把这种先进理论应用到中国的天气学实践中，从而取得一流的学术成果.1938年，19岁的陶诗言以优异的成绩被免试推荐到中央大学(现在的南京大学)工学院的水利工程系.中央大学是当时中国最好的大学之一，学术氛围浓厚.在入校一年以后，出于对天气变化的研究感兴趣，他转入理学院地理系气象专业.当时世界范围内挪威学派蓬勃兴起，罗斯贝创立的芝加哥学派也在酝酿中，但气象在中国还是冷门，是个新生的小学科，只有4个人——顾震潮、陶诗言、黄士松、陈其恭(图1)，他们成为近代中国大气科学的第一批本科生.他们对近代中国大气科学发展做出重要贡献.

      

       图1 中央大学第一届气象专业同学学籍(30年代)

       陶诗言于1942年毕业，获理学学士学位，本科毕业论文主要内容是变压风的应用，这已经和当时最前沿的大气科学理论——罗斯贝学派的理论挂上钩，这为其将来进一步学习罗斯贝学派的理论打下基础.一般来讲，要成长为著名学者，学习世界前沿理论是必经步骤.陶诗言大学毕业时，本来可以有机会去国外深造，可是由于当时选拔考试的时候，他吐了血，失去考试的机会.不过60年后陶诗言回顾过去，对没有出国留学并不遗憾，对他影响大的是国家给了一次又一次的机会[1].

       尽管陶诗言没有出国留学，但却一直走在这门学科的最前沿.在竺可桢[2]、赵九章、涂长望等学界前辈的带领下，中央研究院气象研究所把芝加哥学派的理论引入中国，取得许多进展.芝加哥学派的学术风格和精神非常鲜明，它特别强调大气科学问题的基本物理原理，而不是停留在大气现象本身，而是从最基本的物理或流体力学原理出发来研究大气科学问题[3].新中国成立后，叶笃正逐渐负责中科院大气物理研究所的工作，而叶笃正正是罗斯贝的学生，是芝加哥学派在中国的代表性人物之一，所以陶诗言一直处于世界大气科学发展的最新潮流之中，接触到最前沿的学术思想，没有在研究上走弯路.如果说世界范围内，陶诗言接触的是最先进的学派和理论，那么在国内，陶诗言的研究环境在大气科学圈子里是第一流的，学界同仁在中国也是最有水平的气象学家.

       陶诗言一直处于大气科学发展中最前沿，这弥补了他没有出国留学带来的不利条件，在中国本土不仅接收到世界上最先进的大气科学理论，而且把这种先进理论应用到中国的天气学实践中，从而取得一流的学术成果.

       在中华人民共和国成立之初，西方多数国家对新中国采取封锁政策，国外不知道中国气象界在搞什么研究.西方称社会主义国家苏联为“铁幕”，原因是不了解“铁幕”的后面究竟在做些什么，称中国为“竹幕”，就是竹子做的幕，1958年叶笃正、顾震潮和陶诗言联合在Tellus上连续发表了三篇论文，阐述了东亚大气环流的特点，引起国际同行的兴趣和注意，当时在中国科学界、气象界影响很大.这三篇论文是：On the general circulation over the Eastern Asia(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)[4-6].论文研究了包括中国在内的东亚区域冬季和夏季不同维度的大气环流，并讨论了其季节变率，探索了大气环流的季节转换和青藏高原在东亚大气环流中的作用，文章还讨论了热源和热汇的问题，使用扰动理论研究了东亚地形对西风急流的影响等.这三篇文章发表后，西方认为拉开了中国气象学界甚至学术界的“竹幕”.这些文章表明处于封锁中的中国大气学科仍然紧跟世界先进潮流.陶诗言回忆这段往事比较自豪：“从‘联心’回来以后，我们写了一篇《东亚大气环流》，在瑞典的一个杂志发表，这个发表引起国际上的惊动，这个研究都是同西方水平比较接近的.论文阐述了东亚大气预报的特点.外国人都不知道嘛，那三篇文章是建立了叶、顾、陶在国际上的威望.[7]”也因为这几篇文章，中美之间开始气象研究方面的合作.这表明，20世纪50年代末到60年代初，中国的大气科学研究始终在跟随着世界大气科学的脚步[8].陶诗言说：“我们一直跟着跑，并没有落后(世界)多少.”1987年叶笃正、陶诗言、朱抱真、陈隆勋因东亚大气环流研究获国家自然科学奖一等奖.

       2 与中国当代大气科学共成长

       从中国大气科学历史来看，陶诗言取得的巨大成就和中国大气科学自身发展有必然联系，20世纪下半叶的中国大气科学处于发展加速期，这为陶诗言在某些新领域做出开创性工作形成有利条件.黄士松教授指出整个当代气象学的发展，从锋面学说到大气长波理论是当代气象学一个大发展时期，大气科学产生质变[9].这种质变发展的阶段性特点同样在中国出现，在20世纪，中国大气科学结合自身地理环境和气象、气候特点，发展了具有自身特色的中国大气科学.分析陶诗言的一生学术成长轨迹，可以清晰看出他的学术与中国大气科学自身发展共成长.

       1942年，中央大学地理系刚巧系里缺一个助教，刚刚大学毕业处于茫然中的陶诗言以优异成绩留校任助教.1944年底，当年刚上任中央研究院气象研究所代所长的赵九章，请中央大学地理系教授涂长望推荐一个优秀的年轻人去气象研究所工作.涂长望当即举荐：“陶诗言才干非凡，很有希望.”赵九章找陶诗言谈了半个小时后，当即决定聘请陶诗言到气象研究所工作.陶诗言得到了他学术生涯第一个重要机遇.

       1928年建立的中央研究院的气象研究所，是今天中国科学院大气物理研究所的前身.竺可桢在北极阁白手起家，使北极阁成为当时中国气象科学的研究中心和业务指导中心，成为中国历史上第一个研究气象科学的最高学术机构[10].中央气象研究所有中国气象人才的“摇篮”之称，在那里造就了一大批优秀的气象学家.

       1947年赵九章正式担任气象研究所所长，在这里，陶诗言得到了当时兼任浙江大学校长的竺可桢的亲自点拨，得到了赵九章、涂长望等国内外一流的气象学教授学者手把手地精心教诲.良好的科研条件和浓厚的学术氛围对于陶诗言独立走上学术之路，无疑是一个天赐的良机.

       当时从世界范围内，气象学逐渐从地学领域独立出来，慢慢成为独立的学科，而且分支学科也不断出现.在中国，1944年中央大学把地理系分成两个系，一个地理系，一个气象系.这可以看成是中国大气科学发展的转折点.陶诗言亲身经历了中国大气学科发展历程，在建国后迅速成为学术领头人.陶诗言在气象研究所接受了最先进理论的熏陶和严格的学术训练.陶诗言说：“赵九章让我看了许多文献，经常做review.这是一个学术训练.”在气象研究所陶诗言不仅直接走到了中国大气科学研究的最前沿[11]，而且与中国当代大气科学共同成长.

       陶诗言接受了当代中国大气科学发展的成果滋润，反过来又大大丰富了当代中国大气科学.陶诗言一生不仅亲自做出许多重要的理论成果，丰富了中国大气科学的内涵，而且组织了很多研究计划，促进了中国大气学科的世界性和本土性的融合.

       80年代后期，陶诗言提出东亚季风系统的概念，修正了过去气象界认为整个亚洲南部从印度、中国到日本都属于印度季风系统的学术观点，明确提出亚洲季风分为印度季风和东亚季风两个独立子系统，但二者又相互联系的学术观点.东亚季风系统是一个与印度季风环流系统相对独立的环流系统，它不仅受到印度西南季风气流的影响，而且还受到副热带高压和中纬度扰动系统的影响.此观点得到国际大气科学界的公认.

       陶诗言关于季风研究的文章A Review of recent research on the East Asia summer monsoon in China一文发表在Monsoon Meteorology(牛津大学出版社)后[13]，成为东亚季风研究领域的经典之作，已被国内外学者引用上百次.1985年，陶诗言作为中方负责人，与日本文部省签订季风合作计划，1998年后扩展成中日韩三国季风合作计划.陶诗言的多项成就取得来自于与中国大气科学的共同发展.

       3 根植于实践的气象学宗师

       陶诗言是中国当代气象学的一代宗师.这方面的成就主要来自于气象业务预报实践.陶诗言在六十余年的研究生涯中，始终抓住气象学实践中的关键问题进行研究.大气科学与其他自然科学有很多区别，其中实践性很强是其重要特点，再好的理论不是来自于实践，不能指导实践预报，都不是好的理论.陶诗言非常重视从实践中提炼问题，他的重要成就包括东亚大气环流、季风天气气候、寒潮和暴雨预报、卫星气象应用等方面卓越的研究成果，基本上都是来自业务和科研实践，在国际大气科学界享有崇高的声望.

       1949年新中国成立，国家建设对气象预报提出很高要求.1950年，中国科学院地球物理研究所与军委气象局合作成立“联合天气分析预报中心”(简称“联心”)，顾震潮任主任，陶诗言任副主任.到北京的“联心”工作对陶诗言来讲是一个很好的获取中国气象实践知识的转折点[1]，他已经学到罗斯贝学派的前沿理论，需要在实践中检验并运用这些理论，同时积累关于中国气象的实践知识.陶诗言在实践中建立和总结了各种天气预报方法，并从实践中总结出适合中国天气特点的研究报告[14]，比如《中国短期天气预报手册》，对于指导中国天气预报起了相当大的作用.

       由于陶诗言接受的是芝加哥学派的气象理论，他认为当时苏联气象学的平流动力理论不妥当.所以当时中央气象台在陶诗言等人带领下，按照美国的芝加哥学派的理论做预报.当时中国全面学习苏联“一边倒”形势下，陶诗言感觉压力不小.在涂长望鼓励和支持下，陶诗言1954年在中国气象学会上做了一个根据中国天气实践评判苏联平流动力理论的报告[15]，指出其不足之处.后来证明陶诗言的观点是正确的.

       通过“联心”五年的天气预报实践，陶诗言积累了大量有关中国天气变化的感性知识，为其以后的研究提供了丰富素材.20世纪50年代末和60年代初，陶诗言的有关寒潮研究[16]、北半球大气环流突变[17-18]与长江流域的梅雨[19-20]等一系列重要成果很多来自于在“联心”的一些实践经验.陶诗言根植于实践的研究风格也体现在青藏高原气象学研究上.1959年，杨鉴初、陶诗言、叶笃正、顾震潮出版了《西藏高原气象学》[21].这本书总结了当时对于西藏高原气象学研究的成果.陶诗言一直对青藏高原进行实践方面的研究[22].

       1998年5月—8月，陶诗言和陈联寿院士为首席主持了第二次青藏高原大气科学试验，取得大量数据和研究成果，研究了“世界屋脊”地区与大范围周边下游地区的汛期灾害性天气业务化应用、监测预警和防灾能力关系，不仅对中国，包括对东亚乃至全球灾害天气与气候的监测都具有重大科学价值.陶诗言主编了《第二次青藏高原大气科学实验理论研究进展(一)[23](二)[24](三)[25]》和The Second Tibetan Plateau Experiment of Atmospheric Sciences TIPEX—GAME/TIBET[26]，对有关成果进行了系统总结.

       这些来自实践的研究丰富了中国大气科学的内涵，也为理论上研究东亚乃至北半球大气动力机制奠定了很好的基础.陶诗言对于自己的成功，觉得最重要的一点就是通过实践做总结，作为预报员，他每一次预报后自己都要做一个总结.陶诗言自述年轻时几乎跑遍了全国所有省份，他成功的经验就是不断总结经验.总结预报成功或失败了的经验教训，然后把这些经验教训变成文章.陶诗言经常说预报员做预报必须有很好的实践经验和一定理论的储备，一个好的预报员一定要不断总结自己失败经验与成功经验.

       陶诗言每接受一次任务，就得到一次发展这门分支学科的机遇，而且每次做得很好[27].从陶诗言几十年的学术生涯来看，抓住国家发展中的重大问题，在解决实践问题中成长为“一代宗师”.陶诗言晚年还非常重视来自实践一线的知识，进入21世纪后，陶诗言处于退休状态，然而他仍然工作在科研第一线，亲自带博士生，亲自参加一些会议，并亲自撰写文章.85岁高龄的时候还到了新疆的塔克拉玛干沙漠，乘着越野吉普车奔波一千多公里在沙漠里作考察.90高龄的陶诗言仍然带学生在研究，比如2010年撰写了《关于Rossby波的下游效应引发我国高影响天气的分析》[28].2012年笔者采访陶诗言时，93岁高龄的老先生思维敏捷，还关心大气科学最前沿的问题.

       4 开创中国大气科学自主创新的本土研究范式

       20世纪中国大气科学自身发展虽然可以粗略划分为1949年前后两个阶段，但是总的来说都具有“为国家利益服务、为民众需求解困”的特点.长期的文化积淀和特殊的历史结构，以及经常造成灾害的地学地貌，使得中国当代大气学家必须考虑不能在象牙塔内做研究，必须构建中国大气科学自主创新的本土研究范式.这种范式以国家需求为最高导向，抓住历史机遇促进气象学发展.

       1966年—1976年，大气物理研究所和中央气象局都受到了“文革”的影响，叶笃正也因为曾在国外留学而进牛棚，陶诗言幸运的没有受到大的冲击，他抓住一切可以利用的时间和条件做研究工作.中国两弹实验请陶诗言做预报，这给他一个很好的外在环境，使得他可以安心搞科研.“文革”中，陶诗言十多次到发射基地工作，当时试验基地非常艰苦，一片荒漠，预报难度很大，任务十分艰巨.陶诗言为中国两弹发射提供了出色的气象保障，并开创了中国自己的军事气象保障.因为他的出色表现，1965年5月陶诗言荣立一次二等功，1966年荣获大功一次.

       20世纪60年代美国发射气象卫星，60年代末到70年代初，国际气象界开始将气象卫星资料应用于天气分析和预报，开辟了新的气象研究领域.1969年周恩来总理明确提出要搞中国自己的气象卫星.在中国的气象卫星上天之前，要接收和利用国外的气象卫星资料.陶诗言根据国家需要，率先投入这项研究工作.他及时领导中国气象学界开展了卫星云图的应用研究，总结出一套卫星云图应用方法推广到全国[29]，大大提高了我国短期预报的水平，卫星云图很快就成为中国天气预报和研究工作的重要手段.卫星气象是陶诗言年届五十才开始步入的新领域，体现了满足国家需求、为人民福祉服务的本土创新范式.1975年科学出版社出版了《中国气象卫星云图使用手册》[30].陶诗言开创并发展了中国的卫星气象事业，得到国际上的承认，1973年作为中国代表团的成员，出席了在法国巴黎召开的卫星气象会议，1982年作为专家在日本东京召开的由WMO组织的卫星气象培训班上授课等.

       陶诗言对中国暴雨研究和预报做出了杰出的贡献，是本土创新的典型领域.20世纪70年代中期到80年代，陶诗言系统研究中国暴雨的活动规律、机制和预报[31]，提出了暴雨形成过程中多尺度相互作用的概念及暴雨落区预报方法，这些研究工作对中国天气预报有重要的指导作用.“75.8”特大暴雨会战中，陶诗言带领研究人员深入现场、日夜研究，总结出暴雨预报的“落区法”.“75.8”暴雨大会战之后，陶诗言对暴雨研究一直持续着.为提高长期天气和短期暴雨预报水平，陶诗言撰写了暴雨专著《中国之暴雨》[32]，对20世纪的中国多次大暴雨进行了专门的研究，有力地推动了中国暴雨分析研究和预报水平.陶诗言关于中国暴雨的研究具有较高的科学水平和广泛的影响，研究成果在1992年被评为中国科学院自然科学奖一等奖.

       本土研究的范式并不排斥向世界敞开，相反更加重视国际合作.陶诗言在中国本土成长为著名气象学家后，利用自己的影响促进中国和国际气象学界的交流和合作.1973年美国气象代表团访问中国，总结报告谈到陶诗言接待他们吃北京烤鸭[33]的情景.1977年到1986年陶诗言担任了联合国世界气象组织中国首席代表，并一直担任中美关于大气

气候效应合作研究的中方首席科学家[34]，且多次应美国、日本、法国等国家邀请进行学术交流和讲学.1978年10月世界气象组织在上海召开关于台风的国际会议，邀请陶诗言作为会议主席主持召开了这个国际台风会议，说明了陶诗言在中国气象学界的巨大威望.会议的成功举办，鼓舞了刚刚经历“文革”变故需要快速发展的中国气象学界的士气，提高了中国气象学者在国际同行中的知名度.

       1982年中美进行科学合作，陶诗言成为中方首席科学家，一直持续到1990年代，期间陶诗言去美国的NCAR短期访问待了3个月，这可能是陶诗言在国外停留最长的时间.1988—1992年陶诗言被聘为国际科联和世界气象组织的联合科学委员会成员，从事全球气候变化的大型研究计划(WCRP)的拟定.中国第一届代表是叶笃正，第二届代表是陶诗言.他先后参与了“世界海洋环流观测计划”、“全球能量和水分循环试验计划”、“气候变异和可预测性试验计划”三个大规模国际合作的研究计划，这几个国际计划提高了中国学者在世界气象科学共同体中的话语权[35]，对中国大气学界是一种鼓舞[36].

       陶诗言开创的自主创新的本土研究范式，概括为“实践学派”，被中国气象学界继承下来，成为中国大气科学共同体向世界大气科学知识体系做出贡献的重要方式.

       5 哲学反思

       中国气象学在古代形成一些有中国特色的知识体系，但受到整个中国古代科学的影响，正如“李约瑟难题”所质疑的困境，没有自发转化成现代意义的大气科学.在“接受—引进—消化—创新”西方大气科学的历史进程中，客观上将西方大气科学基本原理与中国本土下垫面实际结合起来，出现带有中国印记(或说中国气派)的大气科学知识体系.

       这种知识体系既包括有一般性、全球性的大气与气候动力理论框架，也包括带有地域特色的、以本土实践为主的天气学知识体系.陶诗言就是这个历史进程中的典型和杰出代表.他的客观成果和主观努力造就中国当代大气科学的本土特性，其学术价值和学术意义有待进一步挖掘和论证.

       大气是无国界的，因此气象学者之间需要经常交流.对于中国这样处于科学技术飞速发展中的国家，自主创新显得特别重要.作为中国气象学代表性人物之一，陶诗言的学术成长轨迹对于世界各国气象学者的成长和自主创新都有很多启示.

       作为一种特性，必然不仅仅体现在某个人身上，而是有一批代表性人物，按照笔者提出的论点，中国大气学界必然还有许多为中国大气科学本土特色做出和将要做出贡献的学者.

       未来中国大气科学的本土特性和“实践学派”还能否持续下去，重大本土创新有何新的内容，如何为世界大气科学做出新的贡献，等等问题，需要气象科技史和大气科学学者继续研究.

       致谢：2010年—2011年作者多次访谈陶诗言院士，收集大量原始文献，最终完成陶诗言院士学术成长研究报告，在此基础上，撰写了该篇论文.感谢丁一汇院士、陶礼光教授、秘书卫捷教授、徐国昌教授等提供帮助和文献支持.

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