气象学史：30.中国人的贡献

2003年5月28日，第48届国际气象组织奖颁奖典礼在日内瓦隆重举行。大会宣布中国气象学家叶笃正院士荣获第48届国际气象组织奖，当时的叶笃正院士已经是87岁的老人了。咱们国家获得过这项大奖的我看到只有三个，叶老是第一个，第二个是秦大河院士，第三个是曾庆存院士。

叶笃正院士

到了2005年，叶老获得了国家最高科学技术奖，那年另一个获奖者的是吴孟超院士。你看，国家最高科学技术奖，专业领域的国际大奖，叶老都拿了。那么，叶老又在气象学领域做出了什么样的重要贡献呢？大家赞誉他是结束了我国“天有不测风云”的人，这个评价够高的了。

1916年，咱们中国有了第一份气象记录。同样是这一年，叶笃正在天津降生。他的父亲叶崇质曾经当过清朝河南南汝光道的道台。南汝光道是清朝的行政区划，差不多就是今天河南信阳那一片。这位叶道台娶了三房太太，所以孩子特别多，生下15个子女，叶笃正排行老7。

后来嘛，大清朝亡了。叶崇质就弃官经商，去了天津，所以叶笃正是出生在天津的。他家生意做得很大，又是开纱厂，又是办洋灰公司。他还当过银行经理，所以他家很有钱。叶笃正从小是上私塾的，没上过小学，就连算术课也是请家教来教的。

天津南开学校旧址

14岁的时候，他进入了南开中学学习。你别看他们家有钱，但是架不住子女多，而且嫡出和庶出还不平等。父亲去世以后，他们兄弟几个马上就离开了家。1935年，叶笃正考进了清华大学。

后来嘛，抗战爆发，清华、北大、南开组成西南联大。联大一年级是基础课，不分专业。以后再分专业，叶笃正想学物理。钱三强就是学物理的，当时已经快毕业了。钱三强觉得中国还是需要实用的学问，现在气象学太落后了，建议叶笃正学气象。从此叶笃正就走上气象学这条路了。

不过呢，大家听了这么多集，也应该明白，气象学其实是离不开物理学和数学的。甚至很多气象学家都是学物理出身。叶笃正后来考了浙大的研究生，导师是气象学家涂长望和物理学家王淦昌。再说了，浙大校长竺可桢本人就是气象学家，经过竺可桢校长推荐，叶笃正进入中央研究院的气象学研究所工作，没多久，叶笃正就被选送到美国去留学。1945年，叶笃正来到了芝加哥大学，老师正是罗斯贝。

1940年，叶笃正的大学毕业照

没错，叶笃正也是芝加哥学派培养出来的。罗斯贝最出名的气象学成就就是罗斯贝波嘛。这个理论我们以前讲过，罗斯贝用了一个简单的公式来描述大气在行星尺度上的主要运动特征。这个大气长波的波峰波谷对地面的天气影响巨大。预测这些波如何移动，就能预测地面的天气。

但是，波是非常复杂的，经常是不同波长的波叠加在一起，就像七色光叠加成白光一样。罗斯贝波描述的波非常单纯，要是很多不同波长的波叠加在一起会出现什么情况呢？这个工作就是叶笃正做的。1948年，叶笃正的博士论文《大气中的能量频散》讲的就是这档子事儿。

叶笃正发现，合成波比单纯波相速度更快，上游大气发生变动，能量会非常快的传递给下游。这个传递过程比空气本身的流动要快得多。利用这个理论，可以帮助大家理解西风带不同地点大气变化之间的联系。

比如说在冬季，东亚的大规模冷空气入侵，往往就跟大气长波变化有联系。冬春季节，要是欧洲大西洋沿岸的气流发生变化，很快，东亚上空的气流和天气也跟着剧烈变化。这个技术在上世纪80年代以前是我们各个气象台做4~10天的天气预报的主要方法。

当然啦，空气在不断流动，天气在不断变化，但是也会有例外。比如一个暖气团从西风之中孤立出来。运动可能非常缓慢，甚至在某个地方死赖着不走。这个高压气团就像石头一样堵住了交通路口。其他的气流都得绕着走。这个高压就叫“阻塞高压”。

亚洲的阻塞高压往往出现在乌拉尔山、贝加尔湖、鄂霍次克海上空。对咱们中国的天气影响非常大。比如乌拉尔山阻塞高压就可能堵住极地冷空气南下的路，结果导致冷空气越堆越厚。这个阻塞高压毕竟只是一团气体，这东西会突然崩溃。结果就跟开闸放水一样。极地的冷空气憋了好久了，堵门的气团没了，它们就会大举南下，咱们国内就会爆发寒潮。

另外，鄂霍次克海的阻塞高压往往跟江淮的梅雨天气密切相关。你可能奇怪啊，鄂霍次克海距离江淮地区很远啊，这都能影响到？没错大气环流影响范围大了去了。

叶笃正是最早对对阻塞高压的形成、地理分布给出满意的理论解释的科学家之一。他和另外一个气象学家陶诗言在这方面的研究大大提高了我国冬季寒潮预报准确率。

1948年，叶笃正与妻子冯慧在美国的合影

1950年，叶笃正拉家带口乘坐威尔逊总统号轮船从美国回到国内。他们这么一大批人，开创了新中国的气象事业。咱们中国地形地貌和国外不一样。咱们家里有个青藏高原，别人家没有啊。青藏高原的存在就对我国的气候造成了很大的影响。

青藏高原大致是个椭圆，东西长度超过3000公里，南北宽度达到1500公里。更要命的是垂直高度太高了，青藏高原占了对流层的1/3的。平均海拔4000米，地形相当复杂。它所在的纬度也不凑巧，刚好在西风带。对气流来讲，这就是个巨大的障碍物。要么翻过去，要么绕过去。就冲这个高度，气流还是绕过去算了。

青藏高原的夸张示意图

气流要绕过青藏高原，就形成了南北两支急流，这两支急流都是叶笃正发现的，叶笃正开创了青藏高原气象学，这是他的一大贡献。印度洋的水汽绕过青藏高原，直奔我国的东部地区，贵州恰好就在这道水汽输送带的下方，结果就造成了天无三日晴的状况，隔壁的四川更郁闷呢，青藏高原就像是个挡风的墙，再加上四川本身的锅底地形。这个地方常年风力微弱，潮湿多雾阴雨连绵。这都是青藏高原闹出来的。

青藏高原的影响还不止这些。你去翻翻世界地图，大部分沙漠都集中在南北回归线附近，比如著名的撒哈拉沙漠。美洲的墨西哥也有大片的沙漠。咱们国家刚好是例外，咱们国家的沙漠偏北了15~20度，比如塔克拉玛干沙漠。咱们国家北回归线附近温暖湿润，是气候宜人的江南和华南。根子都在于青藏高原这么个特殊的地形。

撒哈拉沙漠

比回归线附近是亚热带，被副热带高压统治，副热带高压就像是一道堤坝，拦住了南方的水汽北上。而且高压环境都是下沉气流，云少，雨水更少。大夏天的，您要是听天气预报说某地区受到副热带高压控制，估计这个地方能热得冒油。

青藏高原实在是太大了，而且太高了，挡住了印度洋的水汽，结果导致咱们国家的西北出现了干旱的沙漠地带。但是这个家伙又把副热带高压捅破了，形成了东亚独特的季风气候。北方干燥，南方温和多雨，条条大河向东流，这块土地就是孕育我们华夏文明的沃土。如果没有青藏高原的隆起，恐怕东亚的文明史都要改写了。

当然，叶笃正的贡献还不止这些，他创立东亚大气环流和季节突变理论，创立大气运动的适应尺度理论，这些都是重要的贡献。到了上世纪70年代末期，咱们开始改革开放。跟外国学术交流变得比较频繁。叶笃正当时是大气物理研究所的所长。他和夫人还到美国的大学去做了短期工作访问，顺便去了林家翘家里去做客。

1981年叶笃正院士（左3）在美国

林家翘是数学家，在湍流计算方面做了很大的贡献。银河系为什么是个螺旋形，而且形状常年保持稳定。林家翘提出了一个密度波的理论，可以对这个现象进行解释和计算，所以他还是一位天体物理学家。叶笃正两口子到人家家里做客，他们聊来聊去，就聊到了美国气象学界比较有争议的话题，那就是气候变化问题。这个问题当时科学界还没有达成共识。

到了1984年，叶笃正和美国气象学家马隆的通信里面提到了这个课题。当时马隆提到，进入工业化以后，大家源源不断往大气层里排放了大量的温室气体，这些气体越来越多，是不可能什么作用也起不到的。这些温室气体一定会起作用，那么对气候来讲，会产生什么样的影响呢，当时大家都众说纷纭，没个定论。马隆觉得，气候肯定受影响，肯定会发生变化。所以这个问题就被称为“全球变化”问题。

1981年叶笃正院士（前左1）在美国

后来嘛，马隆和其他几位科学家组队到中国访问，和叶笃正面对面聊相关问题。叶笃正敏感地觉察到，这是一个值得深入研究的大问题。但是，当时国内百废待兴。操心的根本就是不这档子事儿。所以有些人就说啦，气候变就变呗，关我屁事啊？

但是叶笃正很关心，他认为变化肯定是存在的，到底怎么变，有利还是有害，你总要搞搞清楚嘛。面对变化，咱们中国应该怎么办？叶笃正认为我们是搞科学的，科学不能什么事都到时候再说。科学要有前瞻性，要未雨绸缪。当时他的团队没几个人。而且还是顶着压力在工作。毕竟气候变化这个问题在当时还没达成一致意见。哪怕是国外，待遇也好不到哪里去。要不然马隆至于跟叶笃正倒苦水吗？

1986年国家自然科学基金刚成立，当时的叶笃正已经是中科院副院长了。他想办法鼓动国家自然科学基金支持对全球变化的研究工作。我国不少地区属于气候脆弱地区，万一出现气候异常，弄不好就要导致粮食减产，导致干旱缺水。这种影响国民经济的大事，不可不察。现在在政策上暂时不考虑气候变化，但是在学术上是不能放松的。力求在5~10年的时间里，搞明白在全球气候变化的背景下，我国的气候会发生怎样的变迁，这是很重要的。

银河-1亿次计算机

接下来的问题就是，要钱，要资源。这是一个跨学科的项目，要调动大量的人力物力，没钱是万万不能的。研究气候的，研究地质的，研究地球物理的，研究农业的，研究历史的，研究计算机的……涉及的学科多了去了。需要研究计算机的好理解，1983年，咱们研究出了银河亿次机，也就是一秒钟能进行一亿次运算，也算是摸到超级计算机的门了。气象学还离得开计算机啊？离不开哦。

那研究历史的怎么也掺和进来啦？多新鲜啊，要研究2000年来的气候变迁，当然离不开历史学。有人奇怪啊，咱们的史书不都记的是军国大事，记录的是帝王将相吗？史学家什么时候记录天气啦？你可千万别这么想，咱们的历史记录可是浩如烟海，特别是有大量的地方志和私人笔记。就连文学作品都能提供某种线索。

白居易写的“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”，山里冷啊，开花就晚。开花啊，下雪啊，今年河里第一次结冰的时间都和气候相关。从古书里面寻找类似的蛛丝马迹，就能反推出古代的气候，这叫“物候学”。你别忘了叶笃正当年在浙大读研究生的时候，他的校长竺可桢是干什么出身的，他是现代物候学的奠基人。

白居易的这首诗写的是庐山大林寺的花。竺可桢先生还真的对这首诗作了研究。大林寺的海拔在1100至1200米，平均气温比山下低5度，春天物候与山下相差20天，因为气温高低直接影响植物的生长。也就是说，大林寺的春天的确比山下要迟一段时间。

竺可桢先生

不过呢，据竺可桢先生判断，白居易太夸张了，山外头是农历四月，大林寺的天气像是农历二月，庐山的确凉快，也不至于这么凉快吧。这差得也太多点儿了。撑死了晚20天，哪能差那么远啊。你要换了杜甫杜工部来写，估计误差会小点儿。你要换了李太白来写，那就别看了，误差大得没边。

武汉大学的樱花是很出名的。2004年，2月底樱花就开了。因为那一年是暖冬，气温比较高。1969年是4月4号樱花才开放，因为那年恰好遭遇了严寒。进入新世纪以来，武大的樱花比1986年以前平均提前了10天，这意味着什么？大家自己想。

北方的同学要是有兴趣，去统计一下这么多年露天的滑冰场冬天第一次开放的时间，相信你也会有不一样的发现。反正北京的很多湖泊在冬天都会冻得结结实实的，可以作为露天的滑冰场。冰要是冻得不结实，那是不能开放的，冰冻三尺非一日之寒，所以滑冰场的首次开放时间，和冬天的整体气候有关系。

不仅仅生物和气候的变迁是有关系的，就连建筑和气候的变迁也有密切的关系。咱们中国的古建筑有一套非常严格的规矩，样式都很相似，特别是房顶。建筑物的这个大屋顶的坡度就跟气候有密切的关系。咱们国家的研究人员曾经在国外的杂志上发表了一篇论文，统计了北方存留的古建筑的房顶坡度和降雪量的关联，还被人家的网站推荐为封面文章。

道理其实很简单，冬天下雪越多，那么大屋顶的坡面就越陡，冬天下雪越少，这个屋顶的坡度就越平缓。当然了，建筑的刷新速度实在是太慢。这房子要是没塌了，要是没遭遇火灾，估计你也不会去重建，所以大概有30年的滞后期。但是大致上我们可以看得出房顶的坡度和那个时代的气候是相符合的。也呈现出某种波动性，毕竟历史上曾经有过温暖期，有过寒冷期。

扯远了，我们扯回来。总之，研究全球气候变化是一个多学科协作的体系，到现在，气候问题还涉及产业政策，还涉及国防与外交，这事儿是越搞越大了。值得庆幸的是，我们起步早，不落后，多亏了有叶笃正这样的了不起的科学家在。

当然啦，现在大家都不说“全球气候变化”了，都说“全球变暖”词汇的变化，其实涉及到认知的变化。这事儿其实非常的复杂。到底是谁发现了全球变暖的现象呢？这不是一个人能完成的。而是涉及到很多科学家的参与。有关这档子事儿，我们下回再说。