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大气物理研究所所史
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2014-02-18 | 【 【关闭】

  第一章 创业惟艰 初具规模(1928-1949) 

  1928年6月9日,原国立中央研究院在南京正式成立,确定该研究院为"中华民国最高学术研究机关",蔡元培为院长。研究院内设气象研究所等八个研究机构,蔡院长任命竺可桢为气象研究所专任研究员兼所长。

  一、创办气象研究所

  辛亥革命以前,我国海关虽在沿江和沿海建立了几十个测候所,但为总税务司英国人所把持。辛亥革命以后,当时的北京政府教育部于1912年夏在北京设立了中央观象台,地址在北京东城泡子河(今建国门)。1913年,在观象台内增设了气象科,由刚从比利时学农回国的蒋丙然负责,下辖北京西山碧云寺、库伦(乌兰巴托)、张北、开封、长安(西安)等几个测候所,培养过测候人员,出版过一些气象书刊,并于1916年开始发布北京地区的天气预报。那时农业、水利、航空等部门,因业务需要也设立了一些测候所,均各自为政。1924年以后,由于军阀混战,经费短缺,中央观象台和其他几处测候所相继停顿,从而导致了由外国人操纵、垄断我国的气象业务:法国人在上海徐家汇设观象台,德国人在青岛设观象台,英国人在香港设立皇家天文台,还有日本人在台湾和东北设了气象台。中国当时仅有的一点气象观测,也都有殖民地、半殖民地的烙印。

  1927年11月20日,南京政府教育部大学院召开中央研究院筹备会,其通过的组织条例中设有观象台。11月28日大学院第一次院务会议,推定观象台筹备委员会,高鲁、竺可桢为常务委员。高鲁主管行政组,竺可桢主管研究组。1928年2月观象台又分为天文研究所和气象研究所,竺可桢为筹备气象研究所的主任。1928年6月9日,国立中央研究院成立,其直属机构气象研究所也随之成立,竺可桢为气象研究所的首任所长, 选定南京钦天山北极阁为所址,并在那里建气象台,1928年5月动工,12月竣工迁入,这是中国历史上第一个研究气象科学的最高学术机构。

  气象研究所成立伊始,即招聘人员、订购仪器和图书,制定本所计划和规章制度。当时全所实有人员才13人,一人要身兼几职,工作是高效的。1928年年底订购的仪器图书陆续到所,其观测仪器大小共90余件,价值两万五千余元,大多购自德英法三国。竺可桢非常重视图书馆的建设,决定新建一座图书馆,1930年2月开始筹建,8月15日奠基,请蔡元培院长题碑,于1931年6月落成。其时,馆藏气象专门书籍和有关书籍4千余册,欧美各国气象杂志70余种,其中各国首尾完整的旧杂志40余种,以及中外气象报告102种等,世界各国著名气象台皆与本所按期交换出版物。

  1928年9月25日,气象研究所召开第一次所务会议,决定:①编辑气象研究所季刊,专列观测报告;②编辑所成立纪念刊;③每月定期召开一次所务会议。在第二次所务会议上,制定了来所参观规则和图书室规则。在第三次所务会议上,决定取消夜班观测,采用自记仪器记录。在第四次所务会议上,决定准备进行高空观测;编辑年刊和自1929年起,改气象研究所季刊为月刊。在第六次所务会议上,决定自备无线电机,测量本所高度和绘制钦天山地形图等。

  气象研究所很重视出版工作,编辑出版多种刊物。在学术方面的出版物有:①季刊,1928年出了四册,刊登本所观测报告。1929年改为月刊后,除登载本所观测报告外,还刊登全国各地海关气象报告四十余种,学校和农场等观测站的气象报告十余种。②年刊,综述一年中的天气状况并附载短篇研究报告。③专刊,登载专门研究特种问题之著作,如竺可桢著《中国之气候区域》,《南京之气候》等。④丛刊,登载气象上普通问题及规章等著作,如全文晟的《测候须知》,陆鸿图的《航空气象概要》等。⑤集刊,气象研究所集刊是用中、英文发表的论文集,其英文刊名为"MEMOIR OF THE NATIONAL RESEARCH INSTITUTE OF METEOROLOGY,ACADEMIA SINICA" 。此外还有:钦天山气象台成立纪念刊;钦天山气象台概况等。

  另外,还有中国气象学会发行的《中国气象学会会刊》、《气象杂志》月刊(1941年起,改为《气象学报》,原为季刊,后来不定期发行),它们主要由所内会员投稿、编辑、出版和发行。

  二、气象测候所的建设与观测

  (一)气象测候所的建设

  大气科学的研究,离不开气象资料,气象资料的取得离不开气象观测。为增加气象观测,首先应加快气象测候所的建设,因为气象测候所的建设不仅为气象学术研究所必需,也关系到国计民生和国防大业。竺可桢认为建立我国自己的气象台(站)网是开展气象观测和研究的前提,他把气象台(站)的建设列为重点。建所之初,他就提出了《全国设立气象测候所计划书》,阐述气象在农业、水利、航海、航空等方面的作用,制定了全国至少要建设10个气象台,30个头等测候所,150个二等测候所和1000个雨量站的规划,希望能在10年之后全部建成。但由于缺乏经费支持,只能采取协助有关单位来逐步完成计划。据不完全统计,经过气象研究所协助建成的各级测候所不少于50个。除此之外,气象研究所建立了直属测候所28个,其中15个是在1937年抗日战争全面爆发后,在条件更加困难的情况下接办或新建的。直属测候所有两种:一种是完全由气象研究所独资办的,如北平(接办)、上海、定海、峨眉(极年观测时)、泰山、肃州(酒泉)、西宁、中宁和拉萨等九个测候所;另一种是以气象研究所为主,联合其他部门、单位合办的有19个,合作方式不拘一格。其中,1935年5月由气象研究所独资创建的西藏拉萨测候所的建成和维持,充分显示了竺可桢及其同仁百折不挠的创业精神。为了解青藏高原对天气气候的重要影响,1933年,当竺可桢得知中央大学地理系教师徐近之被任命为资源委员会青康藏调查员后,就商请他在去西藏时,协助气象研究所在拉萨建立测候所。1934年4月,为了祭祀圆寂的十三世达赖喇嘛,国民政府组织了西藏巡礼团,由青海前往拉萨。竺可桢借这个难得的机会,一面通知在西宁的测候人员王廷璋做好准备,以便随同该团出发;一面电告在成都的徐近之,赶赴西宁与王廷璋会合,但当徐不畏艰险赶到西宁时,西藏巡礼团已经出发,徐、王只好于6月30日由西宁动身追赶该团,9月20日才安抵拉萨,路途艰辛难以尽述。从10月起,他们两人在拉萨开始气象观测。1935年5月中旬,拉萨测候所正式成立,其气象资料延续到1949年未曾中断。

  1927年5月中德合组的中国西北科学考察团在考察期间,曾在新疆、甘肃、宁夏等省设有七、八个测候所。1929年7月该团任务结束后,气象研究所接管了这些测候所,自1930年1月起气象研究所开始按月接到气象报告。后终因政局不稳等原因,未能坚持下去。

  1937年与国内外互通的气象电报台站已有332个。到抗战前夕,国内气象电报台站已达139个。抗战期间,由于战争和沦陷,气象研究所尚存的17个直属测候所和大约一百个雨量站,于1941年全部移交给了刚成立的中央气象局。

  (二)气象观测

  1、地面观测

  1928年1月1日,观象台在南京开始了地面气象观测工作。当时借南京成贤街大学院后花园,作为观测场地,进行每小时一次的地面气象要素(压、温、湿、风、云、天气现象)观测,这是气象研究所在筹备期间就进行正规气象观测的开始。当时还没有自记仪器,所以无论昼夜假日,均用人工观测。9月下旬,北极阁气象台部分建成后,于9月30日子夜移至山上观测。

  1928年底,从国外订购的仪器陆续运到,有滑锤自记气压计、标准水银气压计和通风温湿度计、电传风力风向计、垂直风力计、自记水银气压计、微尘计、蒸发计、自记雨量计、自记雪计等,后来又订购到垂面太阳热力计、平面太阳热力计、沉积微尘器、雷电强度计、雷电中心计、自记经纬仪、地震仪等,此外还有地温计、草温计、测云竿、测云镜和日照计等,凡属当时的地面气象观测仪器,气象研究所都有。有些同一仪器也购数种式样供试验和研究。由于自记仪器备齐,所以决定取消夜班观测,采用自记仪器记录。在这些观测仪器中,雷电计和微尘计引人注目,在那时就考虑对雷电和大气中微尘的研究,具有远见。当时的雷电观测和微尘计、沉积微尘器的观测,是我国雷电物理和大气气溶胶观测研究的开始。另外,从1931年1月起在北极阁气象台开始了太阳辐射观测。在1938年抗日战争期间,气象研究所还购入了Dobson 臭氧仪。

  2、高空观测

  (1)高空测风 气象研究所从1929年起,就积极筹备高空观测,首先是高空测风。1929年7月6日,向德国订购的两架经纬仪到所。此后,订购的三架制氢筒、气球球皮及各项高空测风设备也陆续到齐。遂于1930年1月18日,在南京北极阁气象台以单经纬仪法开始了南京地区的高空测风工作。所得高空测风记录,及时提供给国内航空公司选择飞行高度之参考。1930年8月11日高空测风气球达到23.393公里,这是我国首次获得的平流层测风记录。1936年9月11日清晨,高空测风到2小时37分气球才失踪,测风高度达28.433公里,这是南京测风以来达到的最高记录。

  (2)探空气球 三十年代初,无线电探空(Radio Sonde)已发明,在西欧各国业已开始使用,但价格昂贵,尚未普及。气象研究所为节省费用,以探空气球(Sounding Balloon)作为高空探测之用,在气球上悬挂的仪器能测高空的气压、温度和相对湿度,但必须回收后方能取得数据。1930年5月15日,气象研究所在北极阁施放了第一枚探空气球,同年8月18日放了第二枚,以后又放了几枚,虽曾登报悬赏,征求探空气球的下落,但皆无音讯。直至1936年3月16日,又放了一枚,三天后接到南通来信,知此探空气球已拾到,随即派人取回。这是气象研究所近六年来回收到的第一枚探空气球,资料弥足珍贵。竺可桢非常欣慰,他在3月25日的日记中写道:"......知丁正祥已回,取得本月十六号所放气球上系带之仪器,毫无损坏,气球则炸破一洞,仪器取出后始知气球达七公里以上时钟即停,因温度达零下二十八度,钟内之油固结之故,因而何时入同温层即无从揣测,所知者最低温度为-63℃,最低气压为73毫米(汞柱),而推算高度为十七余公里,是为第一次测空气球入同温层。.....",接着3月19日又施放了一枚,也收到来信,知已拾得,推知高度为14.9公里。这些资料的获得,是我国首批进入平流层的温压湿气象记录。从1936年7月起到1937年7月15日止,每月中旬施放探空气球一次到两次,共施放探空气球14次(每次都能收回),有记录的10次。

  (3)风筝探空 1931年5月,德国气象学家赫德(W. HAUDE)博士及其助手再度来华,继续西北考察,并带来了气象风筝等探空仪器。气象研究所派两人随同考察,在内蒙益诚公(41o54'N, 107o45'E, 海拔1420m,从1931年5月中旬观测到9月中旬)和巴音托来(42o04'N, 101o17'E,海拔920m,从1931年9月下旬观测到1932年3月中旬),两地共进行了123次气象风筝探空。1932年4月这项工作结束,赫德返国前,将全部气象风筝和探空仪器减价转售给了气象研究所。因为当时南京飞机过往频繁,施放气象风筝有危险,气象研究所只好托清华大学气象台主任、气象研究所特约研究员黄厦千在北平负责施放,助手有本所史镜清和刘粹中。从1932年9月27日获得第一次气象风筝记录,到1934年8月14日已得93次记录,其中高度超过2000米的有19次,1932年12月3日施放的气象风筝高达3062米。

  气象风筝施放近一年时,在1933年9月8日晨,由于清华大学正在改用商电,电厂试电,风筝落下时,其钢丝绳挂在了1800伏的高压裸线上,发生了史镜清殉职的惨剧。竺所长呈请国立中央研究院拨款千元,成立了史镜清纪念委员会,以怀念我国'气象学界因技术而牺牲的第一人'。该会聘请高均、蒋丙然、竺可桢为委员,决定:①史镜清纪念基金一千元由国立中央研究院会计处指定稳妥银行储存。② 基金利息作为气象学论文奖金,每两年征文一次,征文事宜交由中国气象学会办理。该纪念基金到1941年以后由于货币迅速贬值而化为乌有,该纪念奖成为了历史的陈迹。

  (4)飞机观测 从1931年10月起,气象研究所开始了飞机观测,有偿委托陆地测量局航空队和航空署第一队代为飞行。平均约每星期一次,由气象研究所派员携带飞机自记气象仪至机场,在飞机起飞和降落时对仪器进行校对。自记仪在飞行过程中记录高度、温度、湿度。至1936年,有效飞行99次,高度为2.7~5.7公里。后由于抗日战争中断。

  3、第二届国际极年观测

  1929年,国际气象会议在丹麦首都哥本哈根召开,决定再进行一次更全面的第二届国际极年观测活动,其观测范围不限于气象和地磁,将电离层、极光等项目包括在内。观测时间从1932年8月1日到1933年8月31日。气象研究所在1931年12月3日的所务会议上决定接受邀请,担任中国部分的极年观测工作。在第二届国际极年观测期间,除在南京和北平增加高空测候外,还决定设立两个高山测候所,一个设在峨眉山,另一个设在泰山。泰山测候所设在泰山玉皇顶仰云亭,约位于北纬36°16′,东经117°12′,百叶箱的海拔高度为1532米。1932年8月1日起开始观测,观测项目有气压、气温、湿度、风(向、速)、云(状、量等)、能见度、降水、天气现象、光现象、雨滴直径、雪的形状、云海等。1935年后又增加日照(及紫外线)等观测。每天6时至21时(东经120度标准时)逐时观测,夜间自22时至次日5时的温、湿、压、风和降水的逐时记录,由自记资料获得。第二届国际极年观测期满后,泰山测候所继续工作,并将在日观峰另建房舍,使之成为我国一个永久性的高山气象台。1935年底气象台建造完工,1936年元旦正式使用,改称为泰山日观峰气象台,程纯枢为该台首任主任。杨鉴初、朱岗昆曾先后在此工作。峨眉山测候所设在千佛顶,约位于北纬29°28′,东经103°41′,海拔高度约为3039米。当时蜀道艰难,克服了种种困难,于1932年8月1日如期开始极年气象观测。观测项目有气压、气温、湿度、日照、风、云、雨量和光现象(有峨眉宝光记录)等。1933年3月,测量雨滴和雪花的仪器运到后,又增加观测雨滴的大小、数量和雪花的形状、大小等。观测到的雪花形状有:枝状、星状、针状、双星状和不规则的颗粒状等,其中以枝状和星状为最多,直径最大的6毫米,平均约2毫米。雨滴的平均直径2毫米。数量一般在每平方厘米10滴以下(平面取样),这是我国降水微物理观测的开始。气象观测于1933年8月31日如期结束撤回,历时13个月,得到了许多珍贵的资料,其中特别令人惊讶的是在这13个月中,千佛顶的总降水量竟达到9225.6毫米,居(当时)世界各地降水量的最前列,其中,1932年8月份的降水量达1888.6毫米,为月降水量最大值;1933年1月的降水量只有32.3毫米,为月降水量最小值;而1932年9月3日的日降雨量竟高达331.7毫米。 上述"如此大量之雨,必非观测误差,以其记录乃本所有训练之观测员所收集也"(引涂长望著'峨眉山之雨量')。峨眉山测候所和泰山测候所在第二届极年观测期间的详尽气象记录,由气象研究所于1935年出版了《峨眉山泰山国际极年观测报告》专集,专集除报送第二届国际极年委员会外,还与国内外有关单位交换。抗战期间,峨眉山测候所于1939年4月1日恢复观测,一直延续到现在,是我国高山气象记录时间最长的高山气象站。

  4、物候观测

  竺可桢于1931年发表《新月令》一文,说古代的节气月令原产生于黄河流域,已沿用二千多年,因年代久远,气候变迁,不但未可适用于全国,即在今日的黄河下游也未尽适合。他以自己在南京观测的九年物候记录为例,提倡应用科学方法观测物候,制定新历。在他的主持下,气象研究所于1931年4月,将物候记录24个项目表,分寄给国内各测候台站填报,待4年后各省可对照月令,用于农业。1934年5月又与中央农业实验所合作,要求全国农情报告员按时报告。1935年3月,19个省225个县230人,记载了24种草本植物的播种期、移植期、开花期、成熟期、收获期5项;13种木本植物的发芽、叶盛、始花、盛花、果熟、落叶6项;9种动物:燕、雁、黄莺、布谷鸟、蝗虫、青蛙、蝼蛄、蟋蟀、蝉的始见或始鸣、绝见2项。根据观测的物候规律,可制定各地区的自然历,预测农业,这是我国首次有组织的较大规模的物候观测。

  5、地震观测

  竺可桢在1930年就积极筹备地震观测事宜,此后,从德国进口了两台地震仪,其中一台大号维开式地震仪,为当时世界第三台。仪器安装后,曾请北平鹫峰地震研究室的李善邦先生校核。1932年3月试测,获得地震记录12次,与当时的北平鹫峰和上海徐家汇两处仪器测得的记录相比较,并无差别。1932年7月1日起,气象研究所在北极阁正式有了地震观测的记录,以后每季编制一次地震报告,每年出《地震季报》四册,与国内外地震台交换。抗战胜利后,维氏地震仪幸存,经修复后,安装在南京地震台继续使用。

  气象研究所的观测员都受过严格的业务训练,不但业务基础好,并且有很强的敬业精神,在恶劣和危险的条件下,都能坚持工作,如"九一八"事变后,地处军事要冲的北平气象台(今建国门)的我所观测员面临战乱、坚守岗位。有记载为"一日惊数,几濒危殆,而驻守职员,屹然不动以迄敉平。所有记录,幸未有片刻间断"。以及在抗日战争时期,冒着敌机轰炸和颠沛流离的情况下坚持观测,还有峨眉山和拉萨的观测所的建立和观测,都历尽艰险。

  三、天气预报业务的开展和服务

  从1930年元旦起,到1941年底的12年间,气象研究所承担了天气预报的任务。在中央气象局成立前,她实际上履行了有关国家气象局的职责。

  1928年开始绘制天气图,1929年元旦起试作天气预报,1930年元旦起正式发布天气预报、台风警报及对外服务业务,打破了帝国主义对我国天气预报的垄断局面。气象研究所开展天气预报业务,虽较当时有影响的徐家汇观象台为迟,但经过不懈的努力,进步很快,到1937年抗日战争全面爆发前,其影响力足以取代当时由外国人主持的徐家汇观象台。

  气象研究所担任天气预报业务的,起初仅为两人,每天分值早、晚班,绘制两个时次的天气图并发布天气预报。从1935年1月起,每日天气预报增加到三个时次,6~10月增加台风广播,每日两次。除沈孝凰、黄厦千最早参加此项工作外,以后接任的有刘治华、朱炳海、卢鋈、郑子政和么枕生等,1935年以后,由于天气预报任务加重,又增加了两个助理。气象研究所非常重视对外服务,从1928年到1930年,大都用以下方式为社会服务:① 每天向南京市民广播两次天气实况;②通过当时的南京中央电台向全国广播当日气象概况;③给航空公司提供高空风资料;④为铁路运输提供气象服务;⑤绘制并发布每日天气图;⑥在报纸上刊登每日气象概要。

  1931年7月,全国长时间连绵降雨,造成三十年未有的全国性水灾,尤以长江中下游为最甚。气象研究所经多方艰难收集,终于画出了我国第一张雨量分布图及距平图。到1932年,有中央日报、民生报、新民报、救国日报、朝报、南京早报、京新日报、华报等八家报纸,争相刊登气象研究所提供的天气预报。1932年7月1日以后,气象研究所对外服务项目已扩展成如下内容:①东亚天气报告─东亚地区高、低压中心位置,台风中心位置,国内各地天气,风向风速,各测候站报告等。②台风警报─在台风季节(6月至10月),若近海出现台风,便将台风中心位置,前进方向,风速强度,危险地带等,用电报方式,发往航海、渔业部门等四十多处。③天气预报─预告本市未来24小时天气、温度、风力及降水,报告全国天气状况、未来趋势,由中央广播电台向全国广播。到1935年逐日刊登天气预报的报纸多达10家,检验其准确率常达到80%以上。气象研究所高质量的对外服务活动,产生了较大的社会影响,为推动全国气象事业的发展创造了很好的条件。

  四、科研工作及成果

  气象研究所作为气象科学的最高学术研究机构,一直从事气象科学的前沿研究。因此,研究所在做观测、服务、促进建立全国观测网及作好天气预报的同时,没有忘记这一重要的使命--研究气象问题。竺可桢始终是专任研究员,带头抓紧科研工作。他虽然领导气象研究所,事业十分繁忙,但他的科研活动从未间断。1930年发表了《中国气候区域论》,这是气象研究所发表的第一篇有影响的学术论文,他在评论了当时世界上通用的几种气候区划方法之后,结合我国气候的实际情况,提出了我国气候区划的标准。在中国东部地区按照冬季温度,西北干旱地区主要按照雨量多少,把中国划成八大气候区。这个气候分区方案与自然景观符合,在生产上被广泛应用。1936年涂长望又在此基础上,作了进一步的发展。以后气候资料增加,气候区划有所修改,但基本轮廓不变,诸如淮河、秦岭、白龙江为副热带与北温带间的界线,始终确立不变。1933年竺可桢在第五届太平洋科学会议上提出的《中国气流之运行》一文,得到了会议很高的评价。文中分析了中国春、夏、秋、冬四季地面气流和高空气流的变化特征,并且指出中国各季气流的运行受北半球4个活动中心变化的控制,这是讨论我国大气环流的第一篇成功的研究论文,为以后讨论大气环流,分析天气及气候成因问题提供了基础。1934年他发表的《东南季风与中国之雨量》一文中,分析夏季风的活动与中国降水的关系,指出夏季风所带来的水汽是中国大陆夏季雨泽的来源。并指出当夏季东南季风强盛时,长江流域主旱,华北主涝;当东南季风偏弱时,长江流域主涝而华北主旱。这个观点在现时已是中国季风气候的一个人所共知的事实,但在当时是个创见。这篇论文是我国有关季风研究的经典著作,为以后的我国季风研究和长期预报研究提供了基础。1933年他在美国气象学会会刊上发表的《南京三千公尺高空之风向与天气之预测》一文中,根据1930-1931年南京160次测风气球观测记录,分析高空风向与未来当地天气变化的关系,并用于短期天气预报。当时还没有高空天气图,只能从单站高空风资料寻找天气预报的指标,这是有实用价值的。在第二次世界大战时期,美、英诸国战时单站天气预报方法中也采用了这个方法。1931年9月竺可桢发表论文,分析当年7月长江、淮河的特大洪涝灾害,上溯到1908年和1887年,也曾发生过特大洪水灾害,这三次特大洪水的发生,都相隔约22年,恰好是太阳11年活动周期的2倍,这是我所研究日-地关系的开始。

  涂长望在竺可桢研究的基础上,对中国气候区域的划分及各区的特点提出了新的见解,并于1936年发表了《中国气候区域》一文。竺可桢评价他的工作时说"不但继续进行,而且大为发展"。1938和1939年他又连续发表了《中国之气团》和《中国气团的特性》,不仅对气团的分类提出新的看法,而且还注意研究锋面与我国的天气变化,指出它对我国天气预报实践的意义,从而为我国现代天气预报打下了基础。对此,竺可桢给予了极高的评价,认为他开辟了前途广大的三度空间的中国气象学。1937年他发表的《中国天气与世界浪动及其长期预告中国夏季旱涝的应用》一文,指出了长期天气预报的途径。在东亚环流方面的研究,他也有独到之处,1944年他同当时已到所的他的学生黄仕松合作发表了《中国夏季季风之进退》,发现中国季风的进退有明显的跳跃现象,表征东亚季风环流的非线性特点。赵九章高度评价了上述成就,认为对我国研究长期预报、季风与旱涝关系有重要贡献。

  气象研究所十分重视我国的气象遗产,组织力量搜集、发掘、整理分析全国各地历史气象资料,尽管工作量大,困难重重,竺可桢不辞劳苦,亲自动手,带领大家共同努力,终于在1936年和1940年相继出版了《中国之雨量》和《中国之温度》,前者所载350个站记录,后者达600个站点,记录最长65年。这是当时年代最久、站点最多,最为完整的资料。此后《中国气候资料的雨量编》、《气温编》、《湿度云雾和日照编》等也相继出版。

  气象研究所为开展海洋气象研究,于1935年6月7日至11月7日派研究员吕炯和测候生斯杰随中央研究院组织的海洋渔业调查团赴渤海湾实地考察海洋气象。在考察船上安置气象仪器,以威海为中心调查海洋区域31个站的气候。认为渤海湾气象变化以9月为界,之前受南来暖流影响,之后则寒潮之势强于暖流。吕炯还在《地理学报》上发表了渤海盐分之分布与海水之运行等文章。

  在竺可桢指导下,气象研究所学术空气很浓,研究所制定的《中央研究院气象研究所的论文奖金章程》,促进了科研人员在学术、理论和实践上有所创新。从1928年-1935年,研究所几乎每年都有论文发表,在此期间共发表论文86篇。

  以上86篇论文,是研究所建所头十年,也就是日本侵华战争爆发,研究所迁内地之前完成的。就其内容,都是关于中国局部地区天气现象及天气气候系统的研究,虽然基本上属描述性研究,但毕竟是中国气象研究的创举。

  研究所几度搬迁,环境的恶劣,战争的破坏,以及1936年竺可桢的调离,都对科研工作不利。但稍事稳定之后,又继续开展研究工作。从1942年-1949年,气象研究所在《气象学报》上共发表论文39篇。

  1944年5月1日,赵九章担任气象研究所代所长后,他以超凡的组织才能和严谨的科学学风,很快使迁所后不大景气的状态得到扭转。气象研究所每周有一次学术讨论会,每月有一次查询报告,讨论问题时,有人提出不同意见,总能得到所长的鼓励。在学术思想方面他明确指出,要转变以描述为主的地理学研究方法,将数学物理引进气象研究领域。他是我国动力气象学的创始人之一,他在担任气象研究所和后来的地球物理研究所所长时,开拓了我国的气象科学,将经典的气象学拓展成大气科学。他开创了我国海浪的观测研究,促进了我国空间科学的发展。

  赵九章的论文《信风带主流间的热力学》是在探空资料的基础上,用求解数理方程,定量地讨论了信风带主流在副热带高压到赤道的运动途中,得到了多少水汽和热量。这是赵九章按照自己的思路,把数学、物理和流体力学原理引进气象研究中的初次尝试。该文在"Veroffentlichungen des Meteorologischen Instituts,Band II, Heft 6,1937."上发表后,引起了国际气象学界的高度重视。竺可桢评价此文是"新中国建国以前理论气象研究方面最主要的收获"。在赵九章领导下,研究所的论文内容逐渐朝着数学物理化道路前进。

  气象研究所从1928年到1949年的二十二年间,其科研人员共发表论文178篇,1935年以后发表论文92篇。据统计,从"五四"直到1949年的三十年间,我国气象工作人员所发表的论文约四百篇,其中以质或量而论,也是在1935年以后有了显著的进步。而其中,1928年成立的气象研究所发表的论文接近半数(45%),可见比例之大。

  中国科学院为鼓励科学研究,于1951年决定编印中国现代科学论著丛刊,搜集解放前三十年间(1919-1949)我国科学工作者较为重要的著作,汇编成集。气象学丛刊从400篇中选了25篇,汇编成册。其中有19篇其作者是在气象研究所工作时完成的,还有3篇的作者原是气象研究所的研究人员。可见气象研究所在现代气象科学研究中所作出的重要贡献。

  五、培养人才、主要人员往来和所址迁移

  (一)培养人才

  竺可桢非常重视人才的培养,气象研究所当时就有全国气象人才的"摇篮"之称。在那里造就了一批优秀的气象学家,如涂长望、赵九章、吕炯、张宝堃、朱炳海、卢鋈、程纯枢、么枕生、郭晓岚、杨鉴初、朱岗昆、叶笃正、黄仕松、陶诗言、顾震潮、高由禧、刘匡南等。

  气象研究所在建所之初,就应有关省和部门的要求,在南京创办了中国气象史上著名的气象学习班,培养测候骨干。先后办了四期,学员共123人。学习班的学员一般都是高中毕业或有相当高中程度的,学习班的教学和管理是相当严格的,学制从1个多月到9个月不等,学习内容有气象学、数学、物理学、实用气象学、无线电、英语等课程,并进行实习,内容包括测候值班、仪器管理、绘天气图和高空测候等,竺可桢曾一度自教气象学。四期毕业生,在各测候所都起了技术骨干作用,有些后来成为气象界的知名专家,如赵恕、宛敏渭、杨鉴初、戚启勋、陈学溶等。

  竺可桢根据气象研究所事业发展的需要,以多种方式培养人才,如为了开展天气预报业务,于1928年5月派出沈孝凰、黄应欢(字厦千)两测候员去菲律宾马尼剌观象台实习;为了开展地震观测,于1931年派金泳深到日本帝国大学学习地震学;还有因无线电技术的需要,派测候生何元晋到总司令部电讯班学习无线电。1930年派助理员吕炯留学德国学习气象学,1934年又派沈孝凰留学德国,派黄逢昌留学美国加州理工学院,派特约研究员黄厦千赴美深造等。竺可桢自己也很注意向国外同行学习与交流,1933年他借去加拿大出席太平洋科学会议的机会,顺道访问美国,转道欧洲,遍访英国、德国、意大利、丹麦、瑞典、挪威等国,考察欧美气象学最新设备及研究状况,历时四个月。

  竺可桢对进所工作的青年人的培养是不遗余力的,他经常用谈话方式指导治学方法,态度和蔼,要求严格,并热情鼓励他们在紧张繁忙的实践工作中锻炼成长。

  (二)主要人员往来

  1927年竺可桢担负筹备气象研究所的重任后,原在南京高等师范学校和东南大学(中央大学前身)时期,跟随竺可桢学地理和气象的学生胡焕庸、吕炯、陆鸿图、黄厦千、沈孝凰、张宝堃和郑子政等,又跟随竺可桢创办气象研究所。他们中有的成了气象研究所最早的测候员,有的是气象研究所的第一任助理(吕炯)。胡焕庸1928年自法国留学回南京后,一方面在东南大学地理系任教,一方面担任中央研究院气象研究所的秘书(不兼薪的兼职助理),协助竺可桢工作。1928年3月张宝堃到所,时年26岁,他在这个研究所辛勤工作了六十六个春秋,直到1994年逝世。

  竺可桢自1928年6月9日担任气象研究所所长,至1936年4月调任浙江大学校长,仍兼气象研究所所长(直至1946年12月卸任),到抗日战争爆发前,气象研究所已初创奠基,事业发展很快,正如《竺可桢传》所述,该所"在仪器设备、图书刊物、人员素质、业务范围、技术水平和国际影响等等方面早已超过当时外国人在我国创办的、规模最大的上海徐家汇观象台,成为我国气象研究的中心和实际上的业务指导中心,也是气象人才培养的重要基地,奠定了我国现代气象事业的基础",这是在内忧外患,人员不足,经费短缺的条件下,经竺可桢和全所职工将近十年艰苦奋斗的结果。

  1936年10月,专任研究员吕炯被任命为气象研究所代理所长,至1943年吕去中央气象局接替黄厦千任局长时仍兼任代理所长,直到1944年5月1日赵九章接任代理所长止。在气象研究所辛勤工作了16年,是我所老一辈的所领导和研究员。

  1934年秋,正在英国攻读博士学位的涂长望,接到竺可桢请他回国到气象研究所任研究员的电报后,毅然舍弃取得博士学位的机会,于当年12月到所任研究员。1935年9月到1936年夏,他借调到清华大学教了两个学期的气象学课程后,又回到了气象研究所,从事研究工作,成绩显著。涂长望不仅在开拓我国气象科学方面作出了重要贡献,而且还是位教育家,培养了众多气象人才。1939年竺可桢聘他到浙江大学任教。1943年后又到在重庆和南京的中央大学任教(兼任所研究员),培养了一批后来成为气象界著名的专家、教授,如他的学生郭晓岚、叶笃正、谢义炳、陶诗言和黄仕松等。1949年10月他参加开国大典后,奉命筹组全国气象机构,不到3天就向周恩来总理呈上了开展我国气象工作的具体建议书。12月8日,毛泽东主席任命他为中央人民政府军事委员会气象局局长。为了新中国的气象事业,他与赵九章共同商量,分别写信给国外的朋友和学生,动员他们回国为新中国的气象事业发挥才智。先后响应他们召唤回国的有:朱岗昆、顾震潮、叶笃正、谢义炳、顾钧禧、朱和周、谢光道、黄仕松、刘好治等。

  赵九章1934年在清华大学读硕士研究生时被派到本所实习,在竺可桢指导下,短短半年里,他利用北平和南京的探空资料,对东亚地区大气的温度、湿度的垂直分布和天气情况作了分析,写出了《中国东部空气团之分析》。这是他的第一篇论文,也是我国分析东亚气团的第一篇论文。1944年5月1日,赵九章任气象研究所代所长,由于工作得力,业绩显著,深受竺可桢赞赏,竺在日记中写道:"……九章到所九个月,作事极精明,余喜托付得人,故此时必须将气象所所务辞去,不能恋栈如此也"。1946年8月,竺可桢再次向国民政府提出,决计辞去气象研究所所长职务,并推荐赵九章担任所长。1947年1月1日赵九章担任气象研究所所长。

  1931年夏,朱炳海从中央大学毕业后,到气象研究所工作,除承担大量的气象观测和天气预报业务外,还在霜、寒潮、气团分析等方面发表了多篇研究文章以及翻译发表了有关大气热力学、海气关系和云雾研究方面的许多文章。1936年朱炳海受胡焕庸邀请,回到中央大学地理系任教。

  1934年,卢鋈从中央大学毕业,到气象研究所任测候员,1939年去武汉头等测候所,后去中央气象局,解放前曾任中央气象局气象总台台长。

  1936年程纯枢、么枕生从清华大学毕业后,应聘来气象研究所,到所后程纯枢去泰山日观峰气象台工作,抗战时去西安头等测候所工作,1943年去中央气象局任职。么枕生在气象研究所主要从事天气预报工作,卓有成效,1941年去西北农学院任教。

  1937年郭晓岚从清华大学毕业后到气象研究所,主要从事天气预报工作,1940年考取浙江大学涂长望先生的研究生,1943年硕士毕业后回到气象研究所工作,1945年赴美国深造,1948年获博士学位。一直在美国从事气象研究和教育工作,研究成果卓著,由于他在大气动力学基础研究中的成就,1970年获美国气象学会罗斯贝研究奖章,在气象界享有很高的声誉。

  1941年叶笃正考取在遵义的浙江大学研究生院,师从涂长望教授,专攻大气电学,1943年硕士毕业后,经竺可桢推荐,入气象研究所工作,1945年秋赴美留学,师从著名气象学家罗斯贝,博士论文为"大气中能量频散",该文被誉为动力气象学经典之作,广泛应用于预报。1950年8月,他拒绝了美国的高薪聘用毅然回国。

  1937年初朱岗昆从气象研究所第4期气象学习班毕业后,去日观峰气象台工作,1937年夏,到中央大学地理系气象专业学习,1941年毕业后回所工作。1947年考取公费留学。朱岗昆在英国牛津大学师从著名的地球物理和地磁学家贾普曼,获博士学位,1949年10月他婉拒导师的好意挽留回到祖国。

  徐延煦从第三期气象学习班毕业后,到福建省长汀测候所工作,1937年前后到气象研究所任职,后去航委会,1942年回所复职,1944年以后,主管所图书馆工作,从此徐延煦兢兢业业,勤勤恳恳,一丝不苟地为科学研究服务,不计名利,甘当无名英雄,直至生命终止(1976年)。

  1942年黄仕松从中央大学毕业后去资源委员会,1943年初到所工作,1945年赴美深造,1951年回国后去南京大学任教。

  1944年,赵九章向中央大学教授涂长望求助人才时,涂将自己很欣尝的勤奋钻研精神很强的学生(当时已留校任教)陶诗言推荐给赵,同年陶诗言来到设在重庆北碚的气象研究所。

  1945年顾震潮毕业于西南联大研究生院,由赵九章推荐到气象研究所工作。1947年考取公费留学,去瑞典师从著名气象学家罗斯贝(与叶笃正是同一个导师)。1950年5月,他从赵九章老师那里获悉祖国十分需要人才,希望他回国参加建设,于是他毅然放弃优厚的学习和工作条件回国。

  (三)所址迁移

  1928年建所时,所址在南京北极阁。1937年卢沟桥事变后,北极阁山顶成为军事要地,所部分人员于8月20日迁往金陵女子文理学院办公。北极阁山上的气象观测继续维持,李恒如等冒着敌机的轰炸坚持观测,11月23日在北极阁的气象观测被迫中断,使竺可桢"希望有整整十年不间断的南京气象资料"的愿望(只差40天)未能实现。1937年9月2日,气象研究所首批职员12人撤往汉口,留下八九人坚持工作, 11月23日气象研究所最后一批人员:郭晓岚、陈学溶、杜靖民、李恒如等撤离,北极阁山上只有1名自原留守的老工友看管,12月13日南京陷入敌手。

  1937年12月,气象研究所的职工全部集中到汉口后,因租赁的扬子江街广东银行四楼的房屋不够使用,加之敌机骚扰,警报频繁,工作受影响,所以决定将天气预报部分迁往重庆。同年12月21日,预报员卢鋈、么枕生,助理曾广琼、陈学溶等一行6人由卢鋈率领前往重庆,于1938年1月10日抵达,后在重庆通远门外兴隆街19号租赁房屋做办公和宿舍用。1月29日吕炯及其他人员全部到达,房屋不够用了,于是又会同中央研究院总办事处共同租用了曾家岩(中四路139号)颖庐二楼的全部房间,至此研究所的日常工作和生活秩序才有所恢复。

  日本侵略军在1939年"五.三"和"五.四"对重庆大轰炸,造成生命财产重大损失,必须尽快疏散,气象研究所除天气预报部分因工作需要暂留颖庐外,其余部分于5月11日撤离重庆市区到郊区北碚镇暂借西部科学院图书馆办公,7月在北碚张家沱租赁三栋房屋作办公和宿舍用。10月2日天气预报部分迁来北碚。1940年3月竺可桢来北碚察看新所址,决定在北碚象山购买土地四亩八分,另建房屋。1940年11月全部竣工,命名为"象庄",气象研究所于1940年12月迁入象庄,结束了三年多居无定所的不安定局面。从那时起到1946年9月全所搬回到南京止,气象研究所在那里居住了近六年。

  1948年淮海战役后,国民党在南京到处修筑工事,北极阁所址附近也挖掘了战壕。赵九章为了保全竺可桢艰苦创业、苦心经营而积累的珍贵气象资料及图书,将气象研究所暂时迁往上海岳阳路静待解放。1949年4月,全国解放前夕,蒋经国在上海偶遇竺可桢,要他去台湾,国民党当局也逼赵九章将气象研究所迁往台湾,均遭到拒绝。赵九章对所内同仁说:"只要我在气象研究所就不再搬",并同所内人员一起坚守岗位,迎接解放。南京解放后,迁回了北极阁。

  六、维护我国气象事业的主权

  气象研究所成立以后,竺可桢领导气象研究所在维护国家气象预报的主权、维护民用气象系统的独立性、把外国人主持的气象业务纳入我国气象工作轨道等方面,取得了胜利,并成功地抵制了美军有关方面对我国气象体系的内政干涉,在国际交往中维护了祖国的尊严。

  1930年3月,竺可桢报请中央研究院函请交通部取缔上海徐家汇发布气象预报和顾家宅广播电台。1931年春,竺可桢和国际电讯局商定了合作办法:利用上海海岸无线电台由中国自行广播气象,并在全国各个无线电台内附设测候所,报告当地天气,作为取缔顾家宅电台的准备工作。经过努力,实现了自行广播气象,报告当地天气的目标。进而,逐步把外国人主持的气象业务纳入我国气象工作的轨道。

  由法国设立的徐家汇观象台,1930年向我国海关索取补助白银二万两以图发展,为了制止这一勒索行径,竺可桢主持中国气象学会27次理事会通过决议,请财政部制止了。30年代初,为统一规定气象业务,不顾徐家汇观象台的反对,由气象研究所倡议,我国各气象单位一致赞成:气象单位,温度一律用摄氏度,气压一律用毫巴,以代替有些测候站所沿用的华氏度、毫米或英寸。这一变革符合国际气象会议的要求。1935年7月1日起,我国气象电报开始用分区广播办法,成效显著。抗日战争爆发后,徐家汇观象台不听我国当局的劝阻,公开广播我国各地的天气预告,遭到我国以竺可桢为首的气象工作者的强烈反对。1949年5月27日上海解放,我国于1950年12月正式接管了徐家汇观象台,结束了其77年的侵华历史。

  抗日战争前夕,中日关系紧张,1936年两名日本人访问气象研究所,他们要求照相和要求登台参观,竺可桢均予拒绝。1937年初竺可桢出席在香港举行的远东气象会议,会议期间港督和会长两次设宴,都把中国和暹罗(泰国)的席位排在末尾。竺可桢认为有损我国格,决定以不再出席会议的行动进行抵制,提前乘船返沪。

  抗日战争胜利不久,驻华美军总部陆军少校克劳福德,曾邀请我国气象专家竺可桢等7人,越俎代庖意欲中国成立一个统一的气象网,遭到竺可桢等反对。1946年4月,在重庆的军委办公厅出面召集了行政院及军部有关单位讨论蒋介石交议的美国海军上将柯克提出的在国防部内成立气象局的建议,实质上是把原属政府系统的气象局归并于国防部,并公然提出正副局长的人选名单。竺可桢等再一次坚持气象系统要军民分开,不能把原有民用气象系统并掉,合并之议终于作罢。美军公然干涉中国内政、侵犯主权的行径激起了竺可桢的义愤,他在日记中写到"美国海军贸然推荐人员,亦失体统。"

  七、推动全国气象事业

  气象研究所虽然很小,却蕴含着强大的生命力。竺可桢的高瞻远瞩、聪明才智,凝聚了全所成员齐心协力、脚踏实地工作,主动积极地为社会为群众服务,短期内在社会上产生了巨大的反响,由此使得气象研究所有能力推动全国气象事业的发展。由于当时还没有统辖全国气象事业的行政机关,竺可桢一面呼吁其及早成立,一面只好由他领导的气象研究所暂行其职。

  1928年建所时,竺可桢便向国民政府提交了一个宏伟规划,讲述了气象事业的重要性,指出它直接关系到农、林、交通等行业、也关系到与人民生活相关的水旱风灾;还能间接显示了国力强弱、民族兴衰。他又以美、日等国投资气象为例,敦促国民政府加强气象事业建设。他领导的气象研究所,把建立我国自己的气象台站网作为首要工作来抓。在具体行动方面,气象研究所帮助各地区、各部门尽快建立观测台站,借仪器给新建台站使用,代为向国外购买观测仪器,代各部门培训观测人员,七年内气象研究所为全国培养了上百名气象观测骨干。还替全国各地校正观测仪器,对各观测台站进行业务指导,代台站印制各种气象资料及报告,代向各省政府拟草申请建立观测站的报告等。为了尽快在全国建立起具有一定规模的观测台站网,研究所是费尽心机,不遣余力。经过努力,到抗战前夕全国测候所、雨量站已达300余处。为全国气象业务标准统一化,作出了努力,推动了气象事业的发展。

  1930年4月16日,气象研究所通过中央研究院于南京召集全国第一次气象会议,代表50余人。会议主要内容是,统一全国气象电码,改善电码使用功能,确定气象电码传递方式,新编气象电码说明和统一术语。这次会议将国内混乱的电码规范化,加快了传递速度,提高了观测资料的利用率。

  1932年6月,国民政府内政部几次召集全国气象观测规程会议,最后由气象研究所起草了《全国气象观测实施规程》,详细规定各级测候所的观测细则、记录格式等。经会议通过之后,以国民政府行政院令,颁发到全国各省、市、县级政府,切实施行。

  1935年4月8日,研究所经中央研究院在南京召集25个气象机关36名代表,在气象研究所图书馆举行全国气象机关联席会议(第二次全国气象会议),进一步规范全国气象观测。会议通过了后来使用很长时间的五组式电码;监制气象仪器;规定气象名词、表格;划一观测时间及观测高度;规定观测人员的生活标准等。还要求国民政府增设测候所,由竺可桢、蒋丙然、胡焕庸起草会议宣言,指出我国仍远远落后于美、英等国,急需增设测候所,特别是中国西北部地区,仍是空白。

  建立全国观测台站网,统一观测规程、统一电码格式及传递速度,净化整顿观测队伍,这些工作牵涉面广,头绪复杂,对只有二三十人的研究所来说,是一项十分繁重的工作。气象研究所的同事们以为民族振兴而坚韧不拨的奋斗精神,圆满地完成了这一使命。1942年,气象研究所将建立和管理全国气象台站的任务和天气预报业务,移交给了中央气象局。《中国近代气象史资料》写道:"中国气象局的成立,首先是以竺可桢先生为所长的气象研究所起了积极的主导作用,他们为我国的近(现)代气象事业发展史写下了不可磨灭的光辉篇章。"

  第二章 调整体制 开拓科研(1949-1966) 

  新中国成立后,党和政府十分重视科学技术工作。《中国人民政治协商会议共同纲领》明确指出:"努力发展科学,以服务于工业、农业和国防建设。奖励科学的发现与发明、普及科学知识"。国家重视,以及大规模经济建设和国防建设的需要,为发展我国大气科学研究开辟了广阔前景。

  一、天气气候室的最初阶段

  1949年11月1日,中国科学院成立。1950年1月26日,气象研究所在北京召开调整委员会会议。会议决定将1928年建立的原中央研究院的气象研究所改名为地球物理研究所,希望尽快从南京北极阁迁到北京。1950年6月,中国科学院在北京举行第一次扩大院务会议,决定半年内完成对前研究院的24个单位的接管、合并调整,此后中国科学院建立了13个研究所,其中就有地球物理研究所,对外称地球物理和气象研究所(Institute of Geophysics and Meteorology)。1950年11月6日,周恩来总理任命赵九章为地球物理研究所所长,后来中国科学院又任命陈宗器、顾功叙为副所长,卫一清为党委书记兼副所长。

  1955年,竺可桢、赵九章被选为中国科学院学部委员(现称院士)。

  地球物理研究所当时设四个研究组:天气组、物探组、地震组、地磁组。叶笃正任天气组组长。1951年底,地球物理所的天气组从南京迁到北京,暂在北魏胡同17号办公。为迁所做准备,还在北京成立了地球物理所北京工作站,叶笃正任站长。1954年地球物理所全部迁到北京,新所址是现中关村北二条6号。随着研究力量的增强,1958年地球物理所正式建立研究室,其中第二研究室为天气气候研究室,叶笃正任主任,顾震潮任副主任,沈力任党支部书记(兼副主任)。天气气候室初期的骨干力量,除一直在国内长期从事气象科研工作的吕炯、张宝堃、陶诗言、高由禧、杨鉴初、朱抱真等专家外,还增加了满怀爱国热情、纷纷回国参加新中国建设的海外学子。例如:朱岗昆、顾震潮、叶笃正。是他们带领着助手们,在艰难条件下,进行着新中国气象科研的创业,完成了国家交给的重大任务。

  二、围绕国家需要创新气象预报研究

  大规模的经济建设与国防建设,需要提供及时准确的气象保障。解放初期,全国只有72个气象台站资料,要深入研究我国的天气过程,做出准确的预报,是十分困难的。为此,赵九章向南京市政府提出了收集北半球资料的建议,并得到批准与帮助。在赵九章的领导下,通过大家共同努力,很快就绘制成了我国第一张北半球天气图。从此,开始了高空天气分析工作。

  要建立一套科学的天气预报方法,发布较为准确的天气预报,仅凭一个单位的科研力量是不够的。为此,赵九章在1950年与军委气象局局长涂长望商量,由军委气象局与地球物理所合作,共同完成气象预报任务。确定叶笃正代表赵九章所长与军委气象局具体组织领导联合机构的筹建工作。1950年12月,正式成立了由地球物理所与军委气象中心合作的"联合天气分析预报中心",简称"联心"。地球物理所顾震潮任"联心"主任,陶诗言任副主任。同时成立了联合资料中心,简称"联资",由地球物理所张宝堃任主任、朱岗昆任副主任。"联心"按部队建制,由军委气象局直接领导,办公地点设在军委气象局。当时,天气预报人才十分短缺,顾震潮、陶诗言等也参加每天值班,并同年轻人一起过着军事化的集体生活。为了解决天气预报人员短缺"联心"从部队调来了一批年轻人员,给他们办短期训练班,快速培养。后来这些训练班的年轻人员,大部分都成了气象科学某方面的业务骨干。

  从1950年到1954年底,"联心"建立并完善了新中国天气预报业务,正常发布寒潮、台风、暴雨、霜冻等天气预报。特别是寒潮、台风、暴雨等灾害性天气预报,在抗美援朝、收复沿海岛屿、巩固国防、服务于工农业生产方面都做出了重大贡献。如1954年8月长江流域连降暴雨,发生了百年不遇的特大洪水,武汉三镇超过警戒水位,受到威胁。水位若继续再涨,中央就要决定在上游分洪,以保护武汉重镇。但分洪就会淹没上游大片良田,甚至造成生命财产的重大损失。分洪还是不分洪,中央要靠"联心"提供正确的中期降水预报才能决定。在这关键时刻,顾震潮、陶诗言带领"联心"的同志们,利用刚刚建立起来的预报方法,夜以继日地反复分析研究,最终做出了暴雨不再继续,江水不再上涨的预报。凭此,中央决定不分洪。预报成功了,武汉三镇脱了险,保住了大片农田及人民生命财产。顾震潮、陶诗言等人在这次预报中有功,受到了上级表彰。

  "联资"成立时的一个重要任务,就是为抗美援朝进行中长期预报的气象资料的分析整理工作。赵九章把气象研究所多年积累的极为珍贵的气象资料全部交"联心"使用。张宝堃、朱岗昆、杨鉴初等专家和军委气象局的一批年轻人,整理分析了竺可桢过去数十年积累的大量气象资料,编制了包括雨量、温度等多种气象要素的气候图集,完成了我国自然区划中的气候区划部分,为建立我国完整的气候资料库奠定了基础,也为我国当时天气分析预报做了一项重要的基础性工作。

  "联心"、"联资",为开创新中国的气象事业、培养新一代气象业务人员做了大量工作,为新中国的天气预报业务和气候资料库的建设和发展奠定了基础。同时,地球物理所与军委气象局的成功合作,成为后来中央气象局(现中国气象局)与中国科学院有关部门,特别是与我所合作的榜样。这两"中心",1955年完成其历史使命后撤销,有关工作转移给后来的中央气象局的有关部门。

  50年代初期,国家决定在海南岛进行种植橡胶的试验。地球物理所与华北农业科学研究所联合成立了农业气象研究组,翌年由农业部、中国科学院、中央气象局三单位以该组为基础建立了农业气象研究室,研究橡胶栽培及气候条件的保障,开拓了新中国农业气象的研究,地球物理所吕炯负责该室工作。该项合作到1957年结束。

  1958年4月,为解决西北地区干旱问题,中国科学院副院长竺可桢提出解决西北地区干旱要开源节流,并在祁连山融冰化雪。为此,地球物理所天气气候室朱岗昆等人,到祁连山进行了近一年的试验,积累了大量有价值的研究资料。三、加强基础理论研究,使大气科学建立在坚实的理论基础上

  为了提高大气科学水平,拓宽气象科研领域,使其建立在坚实的理论基础上。从五十年代初开始,在完成国家急需的天气预报工作的同时,叶笃正、顾震潮、陶诗言、朱抱真等对天气预报中的基础理论--天气动力学,进行了系统研究。

  (一)东亚大气环流研究

  从五十年代初期开始,叶笃正、顾震潮、陶诗言、朱抱真和陈隆勋等,与北京大学谢义炳教授一起,用较长时间对东亚大气环流进行了全面深入的研究,揭示了东亚天气和气候的重要特征,提出了亚洲大陆和青藏高原对全球大气环流的作用,完成了北半球以及青藏高原的热源分布计算。其中,青藏高原的动力作用和热力作用,北半球大气环流季节变化跳跃性突变现象,以及大地形和热源共同作用下的定常波理论等,均属国际上的创见。这些研究工作表明:青藏高原在夏季是一热源,在冬季是一冷源。在冬季,高原对其南侧两支急流起稳定位置以及向下游加速和合并的作用;高原北坡的动力作用使波加速,南坡的动力作用使波减速;高原地形作用对形成冬季东亚大槽和欧亚槽有贡献。研究还详细论述了高原对中国天气的巨大影响。这些研究工作的另一个重大发现是指出东亚天气从冬季到夏季的环流转换是分阶段的,每个阶段的变化十分迅速,并具有突变性。进一步研究还发现,这种环流的季节突变不只是东亚区所独有,北半球其他地区也有类似现象。这项工作为天气预报以及大气环流和气候学的研究提供了事实和理论基础,并广泛为国外气象学家所引用。在这一领域叶笃正、顾震潮、陶诗言、朱抱真等发表过多篇有国际影响的论文与专著。例如,在瑞典的大地杂志(Tellus)上1957年至1958年三期连载的叶笃正等著的《大气环流》。1959年在美国《Rossby纪念论文集》上刊登的叶笃正、陶诗言、李麦村著的《在六月和十月大气环流的突变现象》。1958年科学出版社出版的叶笃正、朱抱真合著的《大气环流的若干问题》一书,在这一专著中,对东亚大气环流研究做了系统总结,是深入认识大气环流演变过程和维持机制的重要著作。

  (二)大气运动适应理论研究

  五十年代初,叶笃正等就进行了这方面的理论研究。1957年叶笃正发表的《大气准地转运动形成》一文,发展了C.G.罗斯贝三十年代末期首先提出的地转适应过程理论。罗斯贝认为,大气中的风场是向气压场适应的,而叶笃正的贡献在于他论证了风场和气压场是相互适应的,并依赖于运动的尺度。曾庆存证明:对于尺度大于罗斯贝变形半径的大气运动,风场是向气压场适应的,但对于尺度小于罗斯贝变形半径的大气运动,气压场又是向风场适应的。后来,叶、曾等在一系列论著中,把这一辩证观点发展到非线性大、中、小尺度大气运动中。叶笃正与李麦村合著出版的《大气运动适应性问题》一书,全面阐述了大气运动这一基本规律,大大丰富了这一领域的研究。

  (三)寒潮研究

  晚秋、冬季和初春,我国常遭北方寒冷空气袭击,带来天气的急骤降温,给工农业生产带来巨大影响。三十年代,我国的李宪之就进行过寒潮路径问题的研究。新中国成立后,陶诗言等再次对这一问题进行研究。他们认真分析地面与高空的观测资料,系统总结出影响我国的四条寒潮路径,并给出了冷空气源地。指出,寒潮爆发不是局部环流演变,而是北半球长波调整的结果。进而指出,一次东亚寒潮的爆发,实际上是东亚大槽一次替换和重建过程,在槽后导致一次冷空气爆发。还发现亚洲阻塞形势的崩溃也是导致东亚寒潮的一种常见的高空环流形势。这些结果,在指导寒潮预报和对我国寒潮预报服务方面起了重要作用,大大地提高了我国寒潮预报水平。

  (四)东亚季风研究

  五十年代初,地球物理所天气气候室的高由禧等,着重研究了东亚季风气候,作出了中国季风气候区划,给出了季风指数新的表达式,指出夏季风的进退与中国大陆上主要雨带的移动关系。1972年出版的高由禧等著的《东亚季风若干问题》一书,是这一时期季风研究的系统总结。

  (五)天气气候和长期预报研究

  新中国成立初期,杨鉴初等充分利用一些台站长期积累的历史资料,对我国长期天气预报进行了深入系统的研究。五十年代初,杨鉴初著的《运用气象要素历史演变规律做一年以上长期预报》一文,揭示了气象长期演变的持续性、相似性、周期性、最大最小可能性、转折点等规律。为我国长期天气预报开辟了一条新途径,在广大气象台站普遍应用,被誉为杨鉴初法。《人民日报》还专题做过介绍。

  杨鉴初拓展了我国日地关系的研究。提示了日地关系若干事实,探讨了日地关系的物理机制,他把日地关系与海气相互作用联系起来,发现太阳活动对低层大气环流的影响有27天周期性,引起国内外同行关注。他写的《日地关系》一书,对我国日地关系的研究,普及日地关系科学知识起了很大推动作用,受到著名科学家钱学森等的好评。

  在五十年代中期,根据黄河三门峡水库工程建设需要,水利部委托地球物理所,对黄河流域的降水进行研究。叶笃正、高由禧、张宝堃、杨鉴初等合作完成了《黄河流域降水图集》和《黄河流域降水》专著。这些研究对五十--六十年代黄河流域的建设规划起了重要的参考作用。

  五十年代,叶笃正、陶诗言等深入研究了北半球的阻塞高压和我国的梅雨等。这些研究的主要结果,除以论文形式发表于国内外的学术刊物上,还集中发表了有关专著,如叶笃正、陶诗言等著的《北半球阻塞形势研究》、《中国的梅雨》、《东亚寒潮》以及《西藏高原对东亚大气环流和中国天气的影响》等,都是指导长期天气分析预报业务及科学研究的重要著作。这些研究在新中国气象研究历史上占有重要位置。

  四、不断开拓新的研究领域,进行广泛科学探索

  (一)数值预报研究

  五十年代初,计算机的出现,使有数理根据的数值天气预报方法成为可能。赵九章、顾震潮敏锐地看到了这个新事物。顾震潮明确指出:数值天气预报是天气预报的精确化、客观化道路上的必然产物,它是天气预报方法中的两条腿中的一条腿。在赵九章支持下,顾震潮带领他的助手,于1956年开始了数值天气预报的研究。在开创数值天气预报初期,计算条件非常困难,顾震潮就组织研究人员,手算求解微分方程,以图解法做数值形势预报的降水预测试验。顾震潮阅读了近200篇国外有关文献,并从中选出最佳的文献,作为参与人员的必读资料,使他们尽快进入新领域的前沿。经过两年多的努力,于1958年做出了两张预报24小时、48小时寒潮路径数值预报图。1958年,地球物理所还与计算所、中央气象局合作,研制用准地地转正压模式作亚欧500毫巴形势的数值天气预报,使我国天气预报从定性的经验方法,向流体力学方程组定量化的方法迈出了第一步。在最初试报的5个月内,曾对各种不同边界条件进行了一系列试验。陈雄山提出的在最外两圈边界上设高度不随时间改变的条件,可使结果变好。为减小误差,从1960年7月开始把计算范围扩大到北半球。计算中,根据叶笃正理论,在预报方程中引入了抑制超长波倒退的整层辐散,解决了太平洋高压不正常倒退问题。这项工作为我国天气预报开创了一条新的途径。1961年,曾庆存在世界著名的气象学家基别尔指导下,以大气中运动的适应过程理论为基础,建立了求解原始方程的"半隐式差分方案",是世界上应用原始方程作短期数值预报的最早的成功方法之一,后来得到广泛应用。1963年,袁重光、季仲贞将曾庆存用原始方程做短期数值预报模式从二层扩为三层,当时因缺乏计算条件未能大量研试。这些开创性成果为我国天气数值预报的发展奠定了基础,培养了一批数值天气预报人才,当时的参加者,后来多数成了我国大气动力学和数值预报的学术带头人,如朱永褆、纪立人、周晓平、陈雄山等。

  (二)人工增雨与云雾物理试验研究

  我国是干旱缺水的国家,尤其是北方水的严重短缺,制约着工农业的发展。人工增雨是国民经济发展的需要,也是广大人民群众渴望解决的问题。早在1958年1月,最高国务会议讨论《1956-1967年我国农业发展纲要》时,毛泽东主席就明确指出"人工造雨非常重要,希望气象工作者多努力"。

  五十年代初期,在国外已有干冰催化人工增雨的试验,但由于这项技术复杂,研究进展缓慢。1956年,赵九章提出要发展人工控制天气工作。1958年,由于抗旱需要,吉林省气象局进行了一次人工增雨试验,并获得成功。《人民日报》报道了这一消息。由于此次试验推动,加快了这一领域研究步伐。在赵九章倡导支持下,顾震潮带领一些科研人员,开辟了人工增雨与云雾物理研究的新领域。为了有效地解决西北地区水源不足,1958年夏季,以地球物理所为主,中央气象局、甘肃省气象局、北京大学和空军等单位参加的试验小组,在祁连山、兰州一带,进行了地面及飞机增雨试验。试验规模很大,有飞机的空中作业,也有高空地面站对山坡云雾的催化试验。叶笃正、顾震潮、朱岗昆、高由禧等到甘肃亲自主持试验,取得了一定效果。该年底,地球物理所与中央气象局、安徽省气象局、空军、南京大学等单位协作,在安徽开展了人工控制天气的试验,叶笃正参加指导。1960年3月,地球物理所天气气候室在南岳衡山、东岳泰山等地建立了云雾观测站,我国率先较系统进行云雾降水物理观测研究,持续到1962年夏。利用新研制的"三用滴谱仪"观测云滴谱、含水量;利用蓖麻油法观测大云滴谱以及其它粒子谱,揭露不同类型云中滴谱特征,研究了云系和降水微结构变化规律,分析了云滴浓度的起伏特点。还对积云人工增雨的催化方法进行理论分析计算,取得了许多重要结果。为了争取在南方的云雾季节取得完整资料,参加试验的同志们不怕疲劳,抓紧时间,连续作战。观测后期引进"马克尼"气象雷达。1962年、1963年顾震潮等著的《我国云雾降水微物理特征问题》、《云雾降水微物理的一些理论问题》,是对这一研究的总结。1963―1965年应上海民航局要求,我所与上海民航局、南京大学合作,在长江三角洲地区对夏季积状云、冬季层状云和雾的结构进行了数十次考察和人工影响试验,我所黄美元等参加了此项工作。人工消雾试验是在上海龙华、南京大校场等机场进行的,方法是用小型飞机在雾层顶部撒细盐粉、氯化钙粉。在南京大校场机场试验成功两次。1964-1968年,由于新安江水库缺水,发电受到影响,华东电管局要求我所帮助在该区开展人工增雨。在黄美元领导下我所先后在新安江流域、杭州、上海等地进行人工增雨作业试验,取得了明显效果。

  为了从根本上探索人工增雨的科学有效方法,必须相应地开展云雾物理的理论研究。顾震潮、周秀骥等利用高山观测站提供的观测资料,从理论上系统地总结了中国几种层状云和积状云的宏观和微观物理特征。为了深入研究云雾物理,在顾震潮带领下,地球物理所开展暖云室的实验,加强积云动力学研究,攻克了云雾起伏理论难关。在此研究基础上,顾震潮、周秀骥在六十年代初提出了暖云降水的起伏理论,在世界上较早地指出了云中宏、微观参量的起伏对降水过程的重要作用。在随机过程的理论基础上,提出了云滴增长和雨滴形成的新机制。这个理论对薄云降水、大水滴形成等一些过去难以解释的现象提出了合理解释。1964年出版的顾震潮、周秀骥专著《暖云降水微物理机制的研究》和以后出版的《云雾降水物理基础》,概括了上述研究成果。上述暖云降水理论研究获1978年全国科学大会奖。云雾物理研究成果获1978年中国科学院重大科研成果奖。

  (三)积云动力学和中尺度动力学研究

  六十年代初,巢纪平、周晓平在比较严密的理论基础上,在国际上较早地建立了有自己特色的积云动力学方程组和解法,完成了一系列积云发生、发展及消亡条件动力学的研究及其数值试验。1964年出版的《积云动力学》一书,概括了这项研究成果。这一研究成果,对当时和以后的中尺度动力学和分析预报研究、积云数值模拟研究都有重要意义。1962--1964年地球物理所天气气候室王作述等参加我国在华东地区进行的中小尺度观测试验。参加这项试验的还有中央气象局、空军气象部、南京大学、北京大学和有关省市的气象局。试验促进了中尺度气象研究,对提高我国强对流灾害性天气预报水平起了重要作用。

  (四)边界层大气物理研究

  由于农业气象、华南橡胶防风林带、西北治沙等任务的需要,地球物理所从五十年代初就着手创建我国边界层大气物理的研究工作。1953年,地球物理所与中国农业科学院合作创建的农业气象研究室,开展了地面大气结构与大气湍流的观测研究工作。赵九章在1949年后指导的第一个研究生,进行了稳定层结与不稳定层结条件下,近地面大气湍流混合规律性的理论研究,并用边界层大气湍流理论研究了西北风沙和输送规律。为提高大气湍流研究水平,地球物理所向世界大气湍流学权威、前苏联奥布霍夫院士派出了六十年代最后一名边界层大气物理研究生。这些工作,为我国边界层大气物理研究,起到了积极作用。

  (五)大气臭氧的探测研究

  五十年代初,赵九章从气象研究的深度考虑,注意了大气臭氧的探测研究,1954年安排专人从事臭氧研究工作,开始用修复的一台解放前法国人留下的Dobson臭氧仪(1938年进口的),进行臭氧观测。1958年,地球物理所再次进口一台Dobson臭氧仪(后来在昆明观测站使用)。1960年,地球物理所与北京大学合作,在西藏高原海拔5120m处进行了两个多月的臭氧观测。资料分析后发现,该地区的臭氧明显低于同纬度地区。首先发现了在世界第三极上,存在着臭氧总量低值地区。

  五十年代末六十年代初,魏鼎文对大气臭氧的遥感理论进行了深入研究,在遥感反演领域内取得了几个新发现:1.首先提出了权重函数的分析与应用,发现了大气遥感方程所包含的独立信息量是有限的;2.指出遥感方程的解具有不唯一性和不稳定性问题,处理应十分小心;3.证明了当时国际通用的遥感臭氧垂直分布方法(B)的解是不唯一的,应放弃使用。这些发现不仅对大气臭氧层,而且对卫星及其它一些地学遥感反演科学均有普遍意义。这些研究成果,1962年正式发表。1964年,加拿大科学家得到相同结论,1965年发表。

  (六)大气探测、大气遥感研究

  新中国诞生不久,为发展我国常规气象观测,急需各种气象仪器。为了制造观测仪器,赵九章亲自参加水银气压表的研制试验。为进行高空气象观测,1960年朱岗昆与有关单位合作,在安徽广德建立气象火箭发射基地,使用液体燃料发射火箭,开始了用火箭测风等试验研究。用金属铂和金属伞测风取得了较好效果。随着云雾、降水物理学的研究,大气探测原理、技术及设备的科学研究相应得到了迅速发展。为配合云雾、降水观测,研制成功了一系列观测仪器,如自己研制成功的三用滴谱仪、增雨云综合探测系统等。随着大型探测设备的引进和观测试验研究工作的发展,天气气候室逐步形成了开展大气探测研究的科研和技术实体。六十年代初,该室建立了高电压试验室,研制了单站和三站雷电定位仪,为研究大气电学创造了条件。

  1964年,赵九章深感急需发展新的探测实验技术与手段,他提出:将各种类型的无线电波、声波及激光技术应用到大气探测方面来。他亲自主持气象卫星探测理论与方法的学术讨论班,带领一批年轻人开展了对遥感理论的研究工作。他亲自领导建立大气光谱实验室。1966年,赵燕曾等八人研制出了我国第一台脉冲红宝石激光雷达,开展了测云、烟、大气消光系数、大气能见度等大气要素的探测、研究。这项工作在国内居先进水平,与当时国际水平相当。

  五、探索发展大气科学研究的新途径

  1956年,我国第一个国民经济五年发展计划胜利完成。为迅速提高科学技术水平,以适应国民经济大规模发展需要,党中央提出向科学进军的伟大号召。1956年,赵九章参加了周恩来总理领导的制定我国十二年科学远景规划。当时他说:从现代化的科学发展来看,气象学是一门边缘科学,它一方面联系着当地具体地理条件,有它的区域特点;另一方面,则遵循着物理变化法则,而与数理科学有共同性。因此,要进一步揭露其本质,必须广泛积累天气和气候的观测事实,利用现代化的新技术,更深入掌握大量物理现象的变化过程,运用现代科学成就,进行分析研究。通过各学科间的相互渗透,促进气象学的发展。这是多么深刻的话。以后他把这些思想规纳为三化,即:数理化、新技术化与工程化。要求对各项观测要用新技术,定性定量方面要数理化,应用方面要工程化。把气象研究,从描述的方法推展到利用现代化科研手段,建立在坚实的数理基础上。这一正确的指导思想,对地球物理所后来各学科发展起了极为重要的作用。为使地球物理所都能认识这一正确指导思想,在五十年代中期,组织全所科研人员进行了一次大讨论。党委书记卫一清坚定地支持赵九章的正确思想,并推动贯彻落实。例如,天气气候室1958年从广播事业局调进了陈仲文等一批技术专业大学生;六十年代初,又陆续从大专院校分配进来一些技术专业人员;动员现职科研人员学习专业技术,做到一专多能。由于采取了上述措施,从五十年代末期天气气候室的新仪器设备的研制才有了实质性的进展,气象探测、大气遥感才有了新的发展,科研整体水平向现代化迈进了一大步。由于党政领导密切配合,相互支持,才有文化大革命前地球物理所的飞速发展。

  六、培养人才

  为了解决气象科研人员的不足,提高科研人员的整体素质,地球物理所的领导以及天气气候室的专家们做了大量工作。他们通过多种渠道,加强培养,使科研人员具有刻苦钻研,严谨不苟,团结合作,勇于拼搏的素质。他们非常注意对尖子人才的培养,不拘一格选用人才,例如,现中国科学院院士、大气科学家周秀骥,是1951年地球物理所天气气候室招进的高中生,赵九章发现他学习勤奋,肯于钻研,就选送他到北大学习,后又送到苏联留学;现中国科学院院士、大气科学家巢纪平,1954年从南京大学毕业来所,学习刻苦,努力钻研,天气气候室也重点加以培养,很快在科研中取得了重要成果;现中国科学院院士、全国科协副主席、曾任大气物理所所长的大气科学家曾庆存,数理基础好,在苏联做研究生时,就已做出优异的研究工作,展示了自己的才华,1961年学成回国后,赵九章和卫一清多方设法将他调到地球物理所,创造条件,使其后来充分发挥了才干。所领导及天气气候室还非常注意对在职科研人员的培养提高。天气气候室内设有一个相当规模的天气室,专事天气分析预报工作。对刚分配来的大学毕业生,一般先安排做天气分析图,从最基础工作做起。1956年开始招收研究生入所学习,1963年还招收越南研究生。研究生入所后,首先要学习导师规定的国内外有关经典著作,介绍学习心得时还邀请有关科研人员参加,使他们一开始学习就处在国际上有关学科的前沿,站在高起点上。五十年代中期,为提高科研人员业务水平,经常组织一些青年科技人员到北大听课,进行短期培训。为提高科研人员的外语水平,经常邀请北大教师来所教授外语。从五十年代初,天气气候室就坚持年终学术报告的制度,交流科研工作情况,相互学习,对树立严谨的学术风气起了重要推动作用。这些做法逐步形成制度,一直坚持了几十年。1958年,根据国家需要,地球物理所与中国科技大学联合创办科技大学地球物理系,设大气物理专业,赵九章任系主任,顾震潮负责大气物理专业。经常安排研究所科研人员到科大讲课,接受本专业学生来所实习作毕业论文。

  这一时期,天气气候室还调派一些科研人员,支援兄弟单位。六十年代初,由于西北建设需要调高由禧等6人到地球物理所兰州分所工作。由于研究工作需要,调徐淑英等4人到地理所工作。

  经过10多年的发展,到1965年天气气候室已拥有研究员5人、副研究员4人、助理研究员25人、研究实习员55人、工程师3人、技术员19人、见习员31人、已定职的大学毕业生和当年分配来的大学生25人、中技生3人、高中生3人、研究生15人,共183人。形成了一支实力雄厚、水平较高、富有活力,能承担大气物理、气象科学研究及实验工作,配套齐全的科研队伍,为后来科研工作的发展奠定了坚实的人力基础。

  七、国际交往及全国性学术交流

  六十年代以前,西方一些国家对我国实行封锁,对外科技交往受到限制,当时主要是与社会主义国家往来。1956年国际地球物理年,中国委员会派朱岗昆、陈宗器和吕保维参加了在莫斯科、布鲁塞尔、巴塞罗那召开的国际地球物理年的国际会议,这是我国第一次参加国际会议。1958年,赵九章率中国科学院大气物理代表团访问苏联,考察其大气物理研究现状,以推动我国相关方面的研究。1959年,顾震潮应邀率团出席了苏联全苏云雾、降水及雷电第六届会议,会后考察了苏联有关云雾研究工作,参观了高山云雾观测站云雾室等,还在苏联地球物理所作了专题报告,题为"大气过程的控制",这一报告引起了广泛兴趣。这次参观考察访问的主要收获,是对苏联云雾物理、人工降雨方面的情况有了进一步了解,取得了一些技术资料。1965年,赵九章、蒋金涛率中国气象代表团访法,考察了其防雹中心及机场的丙烷消雾装置等。

  地球物理所同中国气象学会,于1959年12月8日-12日在北京联合召开了大气环流学术会议。这是我国首次召开的国际气象会议。参加会议的有地球物理所、中央气象局、北京大学地球物理系、南京大学气象系及各省市气象学会等单位代表,共70余人,列席代表计百余人。苏联科学院应用地球物理研究所派高级科研人员参加了会议,并做了学术报告。会议就新中国成立十年来,我国有关大气环流和动力气象研究情况,东亚大气环流、中长期天气预报、西藏高原大地形影响等方面的主要工作做了比较全面的总结,交流了全国各地有关大气环流和中长期预报研究的新成果。这次学术会议的召开,显示了天气气候室,在全国气象行业中是一支强大有力的骨干队伍,在一些主要研究领域处于领先地位。

  从1949-1966年,10多年时间,地球物理所的天气气候室完成了国家交给的服务于国民经济建设、国防建设的气象保障和科研任务;合作建立、健全了新中国天气预报业务;对东亚大气环流、寒潮及东亚季风进行了深入研究;开拓了数值天气预报、云雾物理和人工增雨、中尺度动力学、雷电物理和大气探测等一些新的研究领域。有些研究成果已达到国际先进水平。例如:东亚大气环流研究、旋转大气中运动的适应过程理论、云雾降水微物理研究、积云动力学、长期天气预报、暖云降水理论研究、激光雷达、臭氧研究等均达到或接近当时的国际先进水平。此间壮大了研究队伍和技术力量,形成了国内大气科学的研究中心。这些都为以后的大气科学研究、发展奠定了坚实的基础,为大气物理研究所的成立创造了条件。

    第三章 排除干扰 坚持工作(1966-1978) 

  一、成立大气物理研究所

  1965年10月15日,地球物理研究所领导小组向中国科学院院党组呈文,提出将地球物理研究所按不同学科分为四个研究所,大气物理研究所是其中之一。大气物理研究所的方向任务是研究对流层与平流层主要在30公里以下各种大气物理现象及其流场规律,为国防建设和国民经济建设提供准确有效的预报方法。具体任务是:两弹基地气象保证方面的研究工作;低纬度气象学研究;卫星气象学研究以及基本理论研究。1966年1月31日,中国科学院党组批准了地球物理所分所的报告。从此,大气物理研究所成立(由地球物理所的天气气候室改建成,以下简称大气所)。当时院党组指示大气所成立临时党委,暂由沈力负责,责成他负责筹建研究所工作。

  那时大气所共有214人,下设四个处、科,一个工厂,五个研究室。一、二、三室为大气物理方面的研究室,四、五室为天气动力及预报方面的研究室。1966年4月8日,原地球物理所党委向院干部局呈报:拟由叶笃正任大气所所长,沈力、陶诗言任副所长。但未及批复文化大革命就开始了。

  大气所的办公地点仍在地球物理所办公楼原址。由于办公用房不够,1966年7月1日,院里又决定将北郊祁家豁子三号楼的一部分交由大气所使用。1973年7月,所机关及大部分研究室迁至祁家豁子7号楼,从此,大气所形成以祁家豁子为主的四处办公的格局--祁家豁子、中关村、大塔、香河。

  二、排除干扰,坚持工作,取得了一些成绩

  1966年6月进行文化大革命,开始了十年动乱。党的基层领导成了"走资派",所的临时党委被打倒,知名专家被当成反动学术权威批判,搞了许多冤假错案,伤害了广大干部和群众。科研及其它各项工作受到了严重干扰,特别是基础理论研究几乎全部停止,研究所一度处于混乱状态。1967年11月,大气所革命委员会成立,董长岐、钱永甫、李兆緒任副主任。1968年下半年"军宣队"、"工宣队"进所,此后,情况有所扭转。

  1968年8月,所内研究生和1966年及其后毕业的大学生数十人去解放军农场接受再教育。1969年4月起,179名干部分期分批去院五七干校,劳动锻炼。1969年夏,大气所党委成立,军代表孙常秀任党委书记,董长岐任副书记。1972年3月,被打倒的部分领导干部得到解放,陆续被重新安排领导工作。1972年9月,院任命张成梅为大气所党委书记。他首先抓配备干部,加强党委一元化领导。同时将原所的办事机构政工组、革命生产组、后勤组分别改为政治处、业务处和办公室,努力提高所机关办事效率。此外还将文化大革命中的连队建制改为研究室,一、三、四室为大气物理方面、二室为天气预报方面,较快恢复了正常科研秩序。

  地球所刚分所时,顾震潮被分到应用地球所,1968年又调回大气所,于是1973年大气所向院报告:拟任命顾震潮为大气所所长。不幸顾震潮肝炎病加重于1976年3月27日逝世,使我们失去了一位好所长。

  在张成梅等的带领下,全所职工围绕国家需要,特别是军工任务的需要,以高度的事业责任感,排除干扰、坚持工作,取得了一些科研成果,其他工作也有一定进展。

  (一)完成了五项大型基本建设

  从1972年起,大气所先后进行了五项大型基本建设。

  1、大气环流模拟实验室

  1973年在中关村建了一个大气环流模拟实验室,用以研究大气环流的运动规律。 实验室建成后,美籍华人张捷迁教授来所合作,做了台风模拟研究,取得了好的结果。

  除了台风模拟研究,叶笃正等还做了青藏高原热力影响试验,也取得了重要成果。

  台风形成的模拟实验获得了1978年中国科学院重大科研成果奖。

  2、香河大气综合观测试验站

  1973年,大气所在河北省香河县城关建设综合观测试验站(占地45亩,实验办公楼3600平方米)。1974年建成並正式投入观测试验。观测站曾设置过1700兆甚高频分辩率卫星云图接收系统、激光雷达、Dobson光度计及太阳光谱、气溶胶等观测仪器及国产713型天气雷达等进行云图接收、臭氧观测等有关项目。另外,香河站的建立对解决当时我所科技人员夫妻两地分居、稳定科技队伍也起到了积极作用。

  3、大气所气象观测塔

  1973年我国首次召开全国环境会议,会上经我所建议制定了大气污染排放标准,从此,防治大气污染问题提到了国家重要议事日程。为达到有效监测北京地区的大气污染及研究边界层气象和大气化学问题,经任阵海建议,我所于1973年3月26日向院申请在北京德胜门外土城建设325米高的大气污染监测气象观测塔。1974年国务院批准,1976年开始建设。党委责成洪钟祥负责工程的总体技术、组织施工以及仪器研制等。1979年8月建成並投入使用。塔上15个平台上装有风速、风向、温度和湿度等观测仪器。经试用证明,效果良好,取得了一大批观测数据,填补了我国大气科学专用气象观测塔的空白。这个观测塔的塔高当时仅次于美国,居世界第二位、亚洲第一。

  建塔过程中,凌抵中、佟长富二同志为催运建塔工程所用水泥,不幸于1976年唐山地震中牺牲。

  4、TQ-6百万次计算机

  为解决科研中数值计算问题,我所于1975年年底为国产TQ-6百万次计算机在北郊建设机房,1976年建成、安装並投入使用。此大型计算工具的使用对我所发展各种数值预报模式及完成所内各项重大课题研究十分重要,也为我所培养了大批计算机及数值计算人才,加速了大气科学的发展。

  5、红外实验室

  为配合我国气象卫星的研究,1972年大气所红外研究小组完成了红外实验室的规划和长光程吸收池的设计,1979年底建成並投入使用。长光程吸收池是这个实验室的核心设备,经调试使用性能良好,它是光譜理论研究、光辐射的大气传输研究以及微量气体分析等的重要实验设备,此吸收池的安装和调试研究属国内先进水平。

  (二)出色完成了军事任务

  1966年前后,大气所曾承担10多项军事任务,如我国核武器发射时的气象保障任务,核污染扩散观测研究,激光雷达、激光测云仪的研制,以及与激光武器、高空飞行有关的光的传输、衰减、高空湍流等问题的研究,战时的天气预报研究等。为保证完成这些军事任务,我所还专门成立了一些研究组,如105组,当时,投入的科技力量达80%。

  六十年代,大气所应国防科工委要求派员去核弹、导弹发射基地参与两弹发射的气象保障工作。为完成这个艰巨任务,大气所专门成立了高空组研究高空风、高云的变化规律。顾震潮和陶诗言等接受任务后分别带人数次深入各个基地现场,考察天气变化,精心分析资料,研究如何做好预报问题。1964年10月我国首次空中核爆炸试验时,顾震潮、刘瑞芝到现场完成了气象保障任务。从1964年至1972年陶诗言带队去基地达6次,每次数月。每到有发射任务时陶诗言或顾震潮,必须有一位亲临现场、坚守第一线。尽管基地地处边疆、沙漠滚滚、荒无人烟,但他们总是无惧无畏地和基地战士同甘共苦,一齐努力做出准确预报。有时几夜不能合眼,有时是抓住仅有的一两个小时的好天,预报虽十分困难,但却做到预报准确果断,任务完成得非常好。由于顾震潮、陶诗言在负责我国第一颗原子弹、氢弹的发射时的气象保障任务做出的卓越贡献,他们分别于1965年、1967年在基地获国防部门一等功奖,1964年5月陶诗言还在基地荣立一次二等功,同行人员与部队预报员一同荣立集体功。

  除气象预报保障任务外还有试验基地湍流污染和大地电位探测任务。从建所起大气所就有专人进行此项工作,核试验期间,许多同志都去现场做过探测研究。1966年7月任阵海等带队,十多人参加,在基地工作达一年。他们不但风餐露宿、饱嚐风沙,还要冒着可能会受核辐射的危险,顶着狂风,在沙漠上进行观测,按时准确地完成了任务,取得了重要的第一手资料。

  (三)科研工作取得成果

  1、卫星气象学研究

  六十年代初,一些先进国家已发射气象卫星,而我们在这方面差距还较大。为解决气象卫星和卫星气象问题,大气所于1970-1976年参加了国家重点课题"气象卫星规划和遥测研究要点"(包括其前身701任务)项目,並成立了卫星气象组,主要研究三方面问题:

  (1)红外遥测及反演理论

  主要承担研究卫星探测技术基本原理、红外线大气传输特性及反演理论。曾庆存的专著《红外遥测原理》于1974年2月出版,同时他们的《气象卫星的红外遥测及反演》(一)、(二)分别于1977年4月和1979年7月出版。其中着重研究了气温遥测和大气成分的垂直分布遥测,以及两类最基本的遥测方法:频譜法和扫描法。对所有有关数学物理问题都作了严密详尽的研究,解决了一些国防上尚未解决的问题,理论方法有独创性。例如给出频譜法有解的条件、扫描法解的存在唯一性,特别是提出了"最佳信息层"的概念、给出了理论解决测湿通道选择方案。研究中提供了遥测不同地区气温和湿度所必需的红外频段的个数,选出了较合适的频段通道,也提出了几种可供同类工作大规模使用的求解算法。此外对大气分子光譜和红外透过率也作了大量研究和计算,提供了必要的光譜资料。

  (2)研制气象卫星云图接收设备

  陈仲文等十几个人研究扫描云图信息接收技术工作。1969年6月,他们首先研制出一套普通卫星云图接收设备(APT)并在上海生产了200台,在福建省及其他一些气象部门试用。从此我国可以收到气象卫星观测的云图了。以后美国诺阿2号卫星改装甚高分辨率辐射仪,因此他们又于1973年研制出一台1700兆周甚高分辩率云图接收设备。这台机器接收的云图分辩率比APT高多了,因此更受国内欢迎。1977年,受科委委托,由中央气象局投资,我所与南京工学院、北京邮电学院联合研制美国第三代气象卫星--泰勒斯-N气象卫星云图接收设备,1979年研制成功,并由南京大桥厂投产在全国迅速推广应用。第三代卫星接收设备的特点是:a.能昼夜接收两个同时运行卫星发送的资料;b.采用PCM-PSK方式传递数值信息,数码率达665.4千比特/秒,信道利用率高、信息精确并可送入计算机处理;c.除多通道卫星云图外,还有大量垂直探测资料(T、Q、地面及海洋T、空间电子、臭氧等)。接收机的图片分辩率横向1.1公里,纵向2.2公里。可见这套接受设备是当时国内最好的,接收功能高、图象质量好、受到国内外好评。研制成功后,国内普遍推广使用。因此我国气象预报和研究又前进了一大步。

  大气所三套卫星云图接收设备的研制成功与推广应用填补了我国空白。

  为使卫星云图资料能直接进入计算机快速处理、快速出图以便预报,1981年大气所又派陈仲文等去美国和威斯康星大学合作研制人机对话系统并获得成功。此系统曾在气象中心和部分省气象局推广使用。

  (3)卫星云图资料在天气分析和预报中的应用

  1969年起,卫星接收和分析组约十人开始此项工作,他们1970年在福建建立我国第一个气象卫星接受分析站、参加福州台的台风预报,并且研究提出了台风发展及副热带天气系统发展云图模型,1972年夏再次去福州深入研究。同时大气所与中央气象局、北京大学地球物理系成立了一个气象卫星资料联合分析研究组,并在北京大学建立了一个气象卫星资料接收站。这个站每日轮流按时接收、洗印云图,然后给研究组分析研究。1970年由三个单位联合在北京大学办了我国首届卫星云图和卫星云图接收设备机务培训班,给全国各省、市培训了一批卫星云图资料接收骨干力量。1971年起陆续联合刊印《卫星云图的接收与分析》专刊十余册,并于1972年12月又译出《卫星云图在天气分析和预报中的应用》一书。与此同时还分析研究了我国各类天气系统的云图特点,研究出用云图识别天气系统的方法。发现了不少热带海洋和高原气象资料缺少地区天气系统生消演变的新事实,例如热带云涌现象、中尺度对流云系和台风云系如何发展等。最后他们和北京气象中心气象台总结出利用云图预报台风发生发展的方法,供我国气象业务部门使用。此外,三个单位于1975年10月联合编著了《卫星云图使用手册》,它是这一领域我国最早出版的专著,在我国用卫星云图资料提高天气分析预报水平上发挥了很大作用。1978年10月世界气象组织在日本举办"气象卫星资料解释、分析、应用的亚洲和西太平洋区域训练讲习班"时,曾请陶诗言去讲课,讲题是"气象卫星资料在我国天气分析和预报中的应用",他是日、美、德、中等11个国家的12名讲课学者之一。中央气象局局长邹竟蒙曾在大气所成立60周年庆祝会上说"早在七十年代初,陶诗言先生首先在我国进行了卫星云图分析应用的开创性研究工作。……对台风预报,这几年比较有把握,很重要的一条,是靠卫星科学技术的发展"。

  总括以上三个方面,由于大气所全面开展了卫星气象学所有环节的研究(从遥感理论、接收设备以及卫星云图的分析应用),并获得成功,这不仅填补了我国空白,还在全国实际业务工作中发挥了很大作用,成绩显著。

  2、大气遥感研究

  1966年脉冲红宝石激光雷达研制成功后,为将其小型化、便于携带观测,于六十年代最后几年,大气所又与上海光技所合作进行"隐花青染料调Q红宝石激光器的激光物理研究"。主要系统研究了染料调Q红宝石激光器的Q开关、工作物质和波长调谐等方面的问题。结果在Q开关方面,器件的稳定性和输出能量都大为提高,并首次发现染料的温度、溶剂、杂质对输出能量的稳定性效应,否定了"甲醇是最佳溶剂"的看法。同时在工作物质、浓度调谐、脉冲速率等方面都有深入研究,结果研制出了高效率小红宝石器件,使激光雷达小型化、总机效率却提高四倍--II型激光雷达。这项"隐花青染料调Q红宝石激光器的激光物理研究" 达到了国际先进水平。六十年代后期和七十年代初,在承担三线建设和国防任务中,先后用这小型激光雷达做了烟羽观测。观测研究了稳定天气条件下3公里内人工烟云扩散浓度的分布,为有关工厂污染物的扩散和建筑的整体布局提供了参量数据。此外,在石景山地区用以研究该区污染扩散问题,主要探测稳定排放烟羽浓度的垂直分布规律,以求获得不同条件下烟源下风方向4公里范围内大气扩散参数,为研究该地区污染物扩散规律提供了数据。他们编著的《激光在气象探测中的应用》于1973年6月由科学出版社出版。

  在激光雷达刚研制出的那几年,对其回波用示波器和人工读数方法处理,后来胡裕良等用微型计算机研制了一个气象激光雷达数据处理系统,使二者联机,在国内首先实现了激光雷达的数据自动处理,填补了国内空白。

  (2)大气微波辐射传输和遥感研究

  为更好进行大气探测、扩展大气探测领域,六十年代以来,大气所周秀骥领导的一室开展了微波辐射传输和遥感原理与应用研究。主要工作有:

  a.大气微波遥感原理的理论研究。对大气微波辐射及各类要素遥感反演原理,进行了深入研究。其中,在反演通道选择、最优化方案以及统计检验法等均发展了国际上已有工作;首次提出大气动力参数的微波辐射遥感、微波辐射计测量路径积分雨强方案。1977年11月他们编著出版的《大气遥感探测问题的研究》、1982年出版的周秀骥等的《大气微波辐射及遥感原理》和微波遥感组编著的《中国晴空和云雨大气微波辐射及传播特性》等书,系统总结了微波大气遥感原理方面的研究成果。

  b.研制了微波遥感仪器。周秀骥等进行理论研究的同时研制了微波遥感仪器。1973年研制成由微机控制和自动数据处理的水汽、云雨辐射计系列,1976年研制成功了3厘米波长地基测雨辐射计。1974-1979年研制的双波长雷达--辐射计综合探测系统,属国内首创。利用这些设备做了长达10多年的多地点、多要素的野外观测、应用实验,既对原理进行了较好的验证,又给大气物理研究提供了新的实际依据。

  (3)大气红外辐射传输特性的研究

  七十年代初,由于气象卫星探测的需要,我所成立了红外组,开展了红外窗区大气辐射传输特性的研究。利用太阳光譜实际测量了8-14微米红外窗区范围内14个波长的大气透过率。研究发现除水汽连续吸收外,大气剩余衰减因子(主要是气溶胶)的作用在8--14微米窗区不可忽略,其衰减系数与水汽连续衰减系数相当。而当时一般认为气溶胶在该波段的消光作用是可以忽略不计的,由此引出了我所对大气气溶胶物理化学特性的研究。

  同时对可见光波段的大气光譜消光系数、大气混浊因子等光学特征量进行了观测研究,根据可见光和红外窗区大气传输特性,考虑了对环境遥感的影响,並整编了《可见光和红外辐射在大气中的透过率》资料三册。

  3、人工防雹研究

  六十年代后期,中国科学院给大气所下达任务:到山西大寨执行防雹任务。于是,1970年顾震潮、黄美元等30人开始了大寨八年防雹研究。他们研制出雹谱仪,同时用气象雷达、闪电计数器、探空仪等进行综合观测,并对冰雹云回波单体及回波系统的结构、尺度、演变、传播和移动等进行研究並据以对冰雹云进行分类,以求建立冰雹云物理概念模型,其中包括冰雹云识别、冰雹天气的短期预报等。同时与庐山云雾物理所等单位合作在山西昔阳县开展了人工防雹试验。在防雹试验中,开展爆炸防雹原理研究的规模较大,提出了一个爆炸影响云中上升气流、从而会阻碍对流云发展的设想。通过大量实验,证明"炮响雨落"可提前结束冰雹云的生命、减少降雹的可能。此外,还与力学所合作,研制成功人工防雹火箭。通过上述人工防雹研究,有效地减轻了当地冰雹灾害,我国人工防雹技术水平也从此得到提高,促进了我国防雹工作的发展。

  1978年黄美元、王昂生等编著的《人工防雹导论》一书出版,它系统总结和论述了国内外人工防雹方面的研究成果。他们的"冰雹云识别研究"获1978年中国科学院重大科研成果奖。

  4、大气环境科学研究

  六十年代初中央要求"要把三线建设好",大气所从成立起就有专人研究大气湍流扩散问题,后于1973年10月正式建立了大气边界层物理与大气湍流研究室,在任阵海等带领下,这方面主要有以下成果:

  (1)山区污染研究

  1968-1973年期间,大气所与有关工矿、企业和设计部门协作,在我国西南、华北……等山区进行了几十次大气污染的野外观测,系统地研究了山区大气污染的气象条件和大气扩散规律,为国防工程、三线建设的合理布局、为工厂有害气体排放位置高度选择以及厂区居民区合理布局等提供了重要依据。1978年9月出版的专著《山区空气污染与气象》,是这方面工作的理论阐述与工作总结,这本专著是我国第一部有关大气污染著作,对工业设计极为重要。山区污染研究1978年获全国科学大会奖。

  (2)北京西郊地区环境污染调查与环境质量评价研究

  1973年到1976年1月,大气所参加了由北京市环境保护研究所牵头组织的北京西郊地区污染源调查和空气质量评价研究的大会战。这是一次由研究院、所、大学、医院及有关局等33个单位参加的大协作。通过对大气污染物浓度的监测、大气污染气象条件和大气扩散规律的观测以及西郊地区污染源的调查等项工作,最后于1977年5月协作组完成并出版了《北京西郊地区环境质量评价图集》,这项工作于1978年获全国科学大会奖。

  在上述环境污染调查的基础上,张锡福等建立了一个"北京西郊地区大气污染多源数学模式"。利用该模式计算的二氧化硫、二氧化碳及飘尘的浓度分布和实际监测结果有较好的一致性,该模式是指导全面规划、合理布局、更有效地利用大气这个自然资源的一个重要依据,而且它可用以对未来潜在污染进行预报,这是我国第一个污染物浓度及其分布、预测的数学模式,其结果为北京市采用,并在沈阳、山西、上海、南京以及广东等省环保单位推广应用。这个大气污染模式研究,获1978年中国科学院重大科研成果奖。

  (3)研制了单点声雷达测温系统

  大气所吕乃平等四人,从1972年开始研制声雷达,1974年在我国首次试制成功。1975年12月到1976年1月,利用该系统在北京北郊和石景山地区进行了野外观测,其探测高度达1000米,与气象观测塔系留气球观测结果有较好的一致性。对低层大气中逆温层的波动、重力波的破碎、混合层及热对流等均能探测出来,取得了较为理想的效果。这项工作是专为边界层研究而进行的,研制成功后完成了技术转让,1978年获中国科学院重大科研成果奖。

  (4)研制了超声风速温度仪及其接口设备

  1973年,周乐义、赵翼浚等完成了超声风速温度仪研制方案及关键电路设计,并进行了实验。1977年,仪器正式用于实际观测,并取得了我国有史以来第一次三维风速和温度的脉动资料。与传统的测风仪器相比,具有量程宽、灵敏度高、响应快、绝对测量、全天候性能好等特点,是种新型有发展前景的仪器。它不仅能用于大气湍流的研究而且可用于国防、科研、工业、农业等部门对测风要求较高的监测。这个机器能与电子计算机直接连接,实现观测取样、数据处理自动化。国内尚无同类产品,其主要技术指标已达国际水平。

  (5)研制出大气所气象观测塔自动化遥测系统

  李兴生、郑达洲等"大气所气象观测塔自动化遥测系统"是大气所与上海气象仪器厂合作研制的,是种在塔上进行垂直梯度测量的自动化设备。此项研究成果获1980年中国科学院重大科研成果二等奖。后来龚沛光等又研制了一个"大气所气象观测塔微机数据处理系统"。该系统的设计特点是硬件投资低、软件功能高。首先有一个独立于高级语言主程序运行并在屏幕上连续显示的年历实时钟,然后,以它为基准,实现了整个观测塔系统常年自动运行,不用派人值班,可极大节约人力。系统还在大大改善传感器测量的同时,实现了上百个数据同步采集、纪录储存,除定时打印输出各层测值外还能同时给出相应参量的空间廓线。此系统的研制,使气象观测塔观测数据处理更为便捷。

  5、数值天气预报研究

  从1965年开始,陈雄山等十余人又用半隐式差分格式做出了另一个三层初始方程预报模式。他们通过北半球及欧亚区域范围的试验,发现在预报冬半年环流的演变、系统的发展以及冬季的冷空气活动方面有一定效果。因此被上海气象台做日常业务预报模式。1969年大气所与中央气象局研究所协作进行了初始方程数值预报模式试验及预报自动化系统的研究,从资料的接收、处理、客观分析成格点资料乃至形成一个预报自动化系统,使我国每日进行实时数值预报成为可能。这项初始方程数值预报模式的试验及预报自动化系统的研究获1978年全国科学大会奖。

  在上述工作的基础上,1973年-1978年,朱抱真等又成功研制了一个包括地形和非绝热作用的三层和五层初始方程数值预报模式,目的是在计算机上建立供业务预报使用的数值预报模式。此项研究获1981年中国科学院重大科研成果一等奖。

  数值预报组在研制短期数值预报后期开始酝酿中期数值预报研究。1976年10月,纪立人作为中国四人代表团成员之一,去华沙参加国际数值预报会议,过去与国际交往较少的局面逐渐改变。

  1979年曾庆存著的《数值天气预报的数学物理基础》一书正式出版。他把气象学、流体动力学和数学紧紧结合起来,对数值天气预报的数学物理基础问题进行了系统、严密的研究和论述,对大气动力学和数值天气预报的基础研究进行了总结。就其系统性与深度而论,目前在国内外尚未见到类似著作,被国内外学者广为赞誉。曾庆存除建立了系统而严格的线性理论外,还大量研究了球坐标下的非线性理论,阐明了流场和气压场相互作用的规律,探讨了大气运动中能量频散机理,揭露了长波天气系统和波包各种特性随时间演变的规律以及它们和基本气流相互作用的机制。还进一步研究了预报方程和边界、初值条件的正确提法以及方程组解的适应性问题。此书出版后二十多年来被大量引用,对推动数学、大气科学和地球流体力学的结合起了很大的作用。它在理论上有独创性,对天气分析和预报也有重大意义。此书的部分内容和叶笃正的适应问题研究一起被称之为“旋转大气中运动的适应过程理论研究",此研究获1978年全国科学大会奖。

  6、战时天气预报研究

  由于战备需要,1966年大气所成立了战时天气预报的单站预报组和统计预报组,以便在战事发生、敌人封锁大面积气象资料时,能用单站历史资料进行准确预报。两个组成立后都按理论联系实际、开门办所方针多次派人去浙江省义乌、金华县和湖北省武昌县以及上海嘉定等气象台站了解实际预报需要,并在实践中进行研究。他们先对五十年代后期兴起的群众看天经验加以收集、研究,并结合气象资料和理论对经验加以理解和筛选,取其精华更好用于预报。以后又深入研究长江地区的连阴雨、梅雨等问题。经过多年不断地实践、总结,取得了很好的研究成果,並于1975年出版了《单站统计天气预报方法的研究》、1977年出版了《春季连续低温阴雨天气的预报方法》、1979年3月出版了《夏季梅雨期降水的形成和预报》等论文集或专著。

  1973年大气所和中央气象局联合在南京气象学院举办了一个全国概率统计讲习班。来自全国各地的100余名气象工作者参加。普遍推广了科学的数理统计方法。这个讲习班在发展我国统计气象学,推动全国气象台站开展气象统计预报方面起了很大作用。此后王宗皓等编著了《天气预报中的概率统计方法》一书。 概率统计天气预报方法及其应用研究获1978年中国科学院重大科研成果奖。

  7、暴雨预报研究

  1975年8月河南发生了历史上罕见的特大暴雨(758暴雨),三天下了一千多毫米,导致板桥水库垮坝、许多县被淹,死伤人畜数以万计。1976年陶诗言带领数名科研人员前赴灾区参加758暴雨大会战。同时为深入研究此类灾害天气,大气所成立了暴雨组,1978年又在组的基础上成立了暴雨研究室。主要工作有:

  a.中国暴雨研究。1976--1978年,他们先后参加了北方暴雨协作区、我国第二个中小尺度天气系统研究试验基地-湘中基地的实验研究和华南前汛期暴雨试验研究,还承担了黄河水利委员会提出的黄河中游暴雨预报任务。同时在所内进行特大暴雨天气分析研究,云图分析和合成分析以及中尺度数值预报研究,数值试验等新方法研究。在陶诗言、周晓平、丁一汇带领下,通过上述各种分析全面深入研究了中国暴雨形成的气候特点、大尺度环流背景、小尺度系统产生物理条件、低空急流的动力作用、大中小尺度之间的关系、历史上有名的特大暴雨以及如何做暴雨预报等问题。首次完成《中国之暴雨》专著文稿。由于暴雨研究与业务部门紧密结合,研究成果又能很快在业务预报中应用,所以七十年代后期再出现的大暴雨预报都有所提高。

  b.中尺度暴雨数值预报研究。七十年代周晓平负责发展中尺度暴雨数值预报模式。他和张可苏、赵思雄等设计了一个适合中国当时资料与机器条件的细网格原始方程降水数值预报模式。由于预报对象是暴雨而不是一般降水,模式中采用较完整的初始方程和以实测风场作为初值。重视和暴雨过程紧密相关的水汽通量辐合计算。模式先后用于我国北方暴雨研究、华东中尺度系统研究的数值试验,并对东北、四川、广东等地不同天气系统的暴雨个例做了大量的数值试验,如中尺度低涡的发展及维持和重力波的试验、地形试验、梅雨锋暴雨的数值试验。

  8、青藏高原气象科学考察

  1966-1984年中国科学院组织青藏高原综合考察,考察研究的主题是高原隆起对自然环境与人类活动的影响。大气所是参加单位之一,叶笃正、陶诗言为综合考察气象组组长,高登义等人参加考察。高登义等人多次参加对珠穆朗玛峰、托木尔峰、南迦巴瓦峰和横断山脉以及青藏高原腹地的气象科学考察。他们施放探空气球、平漂气球,对高空风及温、压、湿等气象要素进行观测。他们在珠峰北坡附近地区多次考察获得的气象和太阳辐射资料,在世界上是珍贵的。整个考察的成果载于1975年出版的《珠穆朗玛峰科学考察报告》气象与太阳辐射和1980年出版的《珠穆朗玛峰科学考察报告》气象与环境。此外他们还与总参气象局合作,首次在珠峰7500米高度上进行了温、压、湿、无线电遥测实验和大气化学观测,还对山地云系连续十年拍照观测并研究山地云系发展演变及其与天气系统的关系。

  高登义等的科学考察初步揭露了珠峰地区的某些天气气候特征和珠峰北坡山谷中冰川风的空间分布特征及其形成的主要原因,并且对珠峰对天气的影响发现了不少新的事实,还首次发现横断山脉西坡是云南最大降雨区,改正了该省降水气候分布图。他们还研究了攀登珠峰的气象条件,总结了一些保障攀登珠峰的中期和短期天气预报经验,为登山活动提供了准确的短期和临近天气预报。总之这个时期的青藏高原气象科学考察,不仅取得了十分珍贵的资料,也获得一些创见性成果。考察后又对《青藏高原气象学》加以补充修改。"青藏高原隆起及对人类活动和自然环境影响的综合研究"获1986年中国科学院科技进步特等奖。

  三、创办《大气科学》季刊

  过去研究成果都在气象学报上发表,文化大革命期间气象学报停刊,经叶笃正提议决定出版大气所集刊,以利科研成果发表和交流推广。陶诗言任集刊主编、汪关成任副主编。1973年6月由科学出版社出版大气所集刊第一号:《激光在气象探测中的应用》,其后又陆续出版,直到1990年6月出最后一集《中距离湍流扩散特征的数值研究和污染模式》(第十四号)。这些集刊基本囊括了大气所七十年代以来的科研成果。1976年9月,大气所又根据叶笃正的提议创办《大气科学》季刊,主要是刊载大气探测的理论方法、大气物理理论与实验、天气预报理论与方法、人工影响天气的原理与实践、环境保护和气候变迁等。以求反映、交流我国大气科学研究成果,提高我国大气科学研究水平。周秀骥任第一届《大气科学》编委会主编。

  第四章 拨乱反正 恢复振兴(1978-1984) 

  继粉碎"四人帮"后,1977年中国科学院召开了"文革"后第一次院工作会议,同年大气所制定了"大气科学发展规划",提出了一系列研究所整顿措施,其中包括23年设想、八年规划、三年计划(草案),并据以实行。1978年在北京举行了全国科学大会,会上华国锋主席做了"提高整个中华民族的科学文化水平"的报告,邓小平副总理讲了"知识分子是工人阶级的一部分","科学技术是生产力",郭沫若院长作了书面发言"科学的春天",方毅副院长讲了"1978-1985年全国科学技术发展规划纲要(草案)",这个大会对广大知识分子是个很大的鼓舞。同年召开了党的十一届三中全会,重新确立了以经济建设为中心的指导思想,提出了解放思想,实事求是的思想路线,为拨乱反正奠定了坚实的思想基础。人们终于盼来了期待已久的科学的春天。

  1977年6月,院任命杨晓峰为大气所党委书记、董仲平为副书记。1978年10月院又任命叶笃正为大气所所长,陶诗言、周秀骥和索天桥为副所长。1979年6月又任命梁山、周芥三为副所长。

  1980年,叶笃正、陶诗言、曾庆存被选为中国科学院学部委员。

  1980年7月索天桥任党委代书记,1981年任书记。1981年5月叶笃正任中国科学院副院长。此后,叶笃正出国,由陶诗言代理所长职务。

  这一届所领导班子实行党委领导下的所长分工负责制。他们首先为"文革"中的冤、假、错案平反昭雪,并采取各种措施,使研究所的工作正常化,如恢复研究生制度、职称考评制度、职代会制度,制定研究所发展规划等。由于所领导和全所职工的共同努力,工作走上了正规发展的道路。在过去工作的基础上,经过五、六年的努力,所内的大气探测设备已初具规模,形成了一个大气科学观测的新技术体系,为大气科学研究进一步发展奠定了良好的基础。研究领域进一步拓宽,不少研究领域向纵深发展,取得了显著的成绩。经统计,从1976-1983年间,出版了10部专著,9本研究集刊(专刊),到1984年完成了10个领域的90多个研究课题。主要领域有:大气探测和大气物理,数值预报,大气环流及其基本理论,边界层大气物理和大气化学,云和降水物理学,长期天气过程及其形成和预报,以及暴雨强对流天气的分析及预报理论研究等。

  1976年,国内发行的《大气科学》期刊创刊。1978年在美国发行英文版《大气科学》,《大气科学》中文版被美国科学文摘SA(Science Abstract)、日本科技文献速报等收录。1983年又创办了国内外发行的英文期刊《大气科学进展》,组成了包括多名外籍专家在内的编委会,该刊于1985年被美国气象学会MGA(Meteorological & Geoastrophysical Abstracts)、1999年被SCIE(Science Citation Index Expanded)收录,这是我国目前唯一被SCIE收录的气象期刊。

  从1978-1984年有45项科研成果获奖。国际交流日益频繁,合作研究逐步增多。从1979-1984年,派出访问学者、留学生、进修生共68人。接待来访宾客也逐年增多。

  一、平反冤、假、错案,落实党的知识分子政策

  由于"文革"期间搞了许多冤、假、错案,所以领导班子首要的工作就是拨乱反正、落实政策,对过去的冤、假、错案逐一进行研究,清理有关人事档案材料,对所清材料予以销毁或退还本人处理。此间共清理人事档案480余份。并在应有的范围内平反恢复名誉。一共有32名同志(包括1957年错划的所谓右派)重新做了结论。

  这些工作对实现安定团结,齐心共建研究所,起到了重要作用。被落实政策的同志,由于恢复了名誉,得到了公正的处理,都能消除积怨,不记前嫌,振作精神,积极奋进。从1978-1984年间,党组织共发展了32名党员,其中88%是科研人员,其中有陶诗言、叶笃正、朱抱真等老同志,也有纪立人、周晓平等中年科技骨干,还有黄荣辉、高登义、王明星等青年人。随着研究工作的发展,对研究室的建制进行了增设与调整,许多中年科技骨干,成为学术带头人,走上了中层领导岗位。

  二、恢复研究所正常工作

  科研人员职称的晋升考评制度是一种调动科研人员积极性的有效的激励机制。1978年按上级部署,所领导研究决定恢复职称考评制度。当年,朱抱真和曾庆存晋升为研究员,其中曾庆存是因科研成果突出而破格越级提升。晋升为副研究员的有任阵海、王宗皓、周晓平、李麦村、周明煜、陈雄山、陈隆勋、魏鼎文、黄美元、纪立人、王作述等。陈仲文、向明晋升为副总工程师。这次还有65人晋升为助理研究员,20人晋升为工程师。

  1978年,国务院学位委员会批准授予我所为首批硕士学位单位,开始面向全国招收研究生。1981年,被授予硕士学位的研究生有44名,他们中部分人留所工作。1981年8月国务院学位委员会批准我所为首批博士学位单位。从1982年起,我所开始招收博士研究生,博士生导师的资格由国务院学位委员会批准授予,1981年批准的第一批博士生导师有叶笃正、陶诗言,1984年又批准曾庆存、巢纪平、周秀骥为博士生导师,以后又有部分研究员被陆续批准为博士生导师。

  1979年8月后,工、青、妇等群众组织陆续恢复了活动。

  三、立足发展,着眼前沿,计划现实,规划未来

  1978年召开的全国科学大会上,大气所有18项科研成果获科学大会奖。获奖项目,研究内容涵盖了大气动力学、云雾物理学和积云动力学、数值天气预报、大气污染、卫星气象、大气遥感和青藏高原科学考察等方面。第一获奖人有叶笃正、顾震潮、陶诗言、曾庆存、陈仲文、巢纪平、陈雄山、张锡福、魏鼎文、高登义、王宗皓、李国庆、沈如金等人。叶笃正、陶诗言参加了科学大会,叶笃正、陶诗言、曾庆存获得大会先进个人称号。

  由于"文革"干扰和破坏,科研工作受到很大损失,根本谈不上长远规划。叶笃正主持研究所工作后,即主持研究新时期气象和大气物理的发展方向。1978年制定了1981-1990年工作规划纲要(讨论稿)。

  规划紧密联系国民经济建设和社会发展的需要,突出应用与创新。强调在基础理论与新技术应用上要有所创新,有所突破。应用研究要有重大实用意义,并选择几个重大项目列为重点课题,重点保证,以期10年内能取得重大成果。规划中也含有技术发展部分,除了改进完善现有大型设备外,10年内还要发展气象资料处理与计算中心系统,完成多普勒雷达探测系统、飞机探测系统和高空气球探测系统。规划中基础理论研究和重大应用研究部分包括4个方面:即大气动力学基础理论(旋转地球流体力学、大气适应过程与非平衡过程集合效应动力学等);中小尺度过程和暴雨的物理机制与规律;大气环流长期(季节、年)变化与气候形成和变化物理机制;中距离大气污染物输送规律及重点工业区环境质量评价。规划提出了大气所需要填补的空白学科:一是大气化学,二是平流层中层大气物理。这个规划是指导大气所研究发展的重要文件。

  在此期间叶笃正明确指出:必须发挥我国制度的优越性,搞好科研大协作;加强对基础理论的研究;注意各学科之间的相互渗透,尤其是大气与海洋、大气与地表状况之间的关系。还提出要开展大规模的综合观测,诸如青藏高原的综合考察等;加强人工影响天气的原理和方法的研究。在方法上,叶笃正形象地用"抓两头,带中间"来概括。他说:大的方面要抓气候的形成规律和中长期预报,它可以带动大气环流、动力气象、海气交换、地气关系等问题的研究,并有利于解决大范围的旱涝、低温等灾害性天气的长期预报和未来几十年气候变化趋势的预报问题;小的方面要抓中小尺度系统动力学、天气分析以及近地面层物理等问题的研究,以带动暴雨预报研究。

  四、大气探测系统体系初步形成

  大气科学研究很大程度上有赖于大气探测技术设备的更新与发展。在原有工作的基础上,八十年代初,大气所自行研制的定型仪器和技术系统有:

  美国第三代气象卫星泰勒斯-N云图资料接收设备

  隐花菁染料调Q红宝石激光雷达

  超声风速仪及其接口设备

  大气所气象观测塔自动化遥测系统

  长光程吸收池

  双波长雷达辐射联合探测系统

  多普勒测风声雷达

  低空探测仪

  高空气球探测系统

  高重复频率激光雷达

  人机对话处理和研究系统

  雷达视频积分分层显示系统

  上述本所研制的设备和技术系统和购进的711、713、305型气象雷达,已投入运行的大型计算机(TQ6、IBM4331型),以及大气环流模拟实验室、飞机探测仪器实验室、红外光学模拟实验室等十五个实验室和香河综合观测试验站,构成了配套的现代化技术和设备保障系统,为进一步发展研究工作奠定了良好的基础。

  五、研究领域拓宽,科研成果丰硕

  在建国后20多年里,在各个研究领域上都有显著拓宽,研究内容也不断深入,取得了一批值得称道的成果。在原有工作基础上完成了十项研究(研制)工作。它们是:大气探测和大气遥感;平流层大气探测与大气物理;数值天气预报;大气环流及其基本理论;云和降水物理及强对流天气;边界层大气探测系统及边界层大气物理;长期天气过程及其形成和长期预报;暴雨和强对流天气的分析和预报理论;气候异常的物理原因和理论分析。这些研究领域共包涵了90多个研究课题。随着研究领域的扩展,研究室的建制也相应进行了增设与调整。当时有四个研究室,一个香河综合观测试验站,一个加工工厂。到1978年,全所已有480名职工,300名科研人员。显然研究室的建制已不适应科研工作发展的需要,历经1979、1980和1982年分别对二、一、四室先后进行了比较大的调整和重新组建了几个新研究室。这样大气所由1978年的四个研究室发展成为12个研究室。这是研究领域拓宽,研究内容增多的必然结果。

  至1984年11月,科研人员增至372人,比1978年增加了72人,其中具有高级职称的26人、中级职称的178人、初级职称的168人。大气所的科研队伍在扩大,科研力量在增强,科研成果丰硕。在此期间,共发表论文400余篇,专著和译著15册。朱抱真等的"北半球三层和五层数值预报模式"1981年获院重大成果一等奖,另有11项研究分别在1979、1980和1983年获院重大成果二等奖。

  主要科研成果:

  (一)大气物理学和大气探测研究

  1978-1980年荆其一、吕达仁等人研制成双波长雷达--辐射计联合探测系统,1981年1月通过鉴定。被认为"性能指标先进"、"在设计思想上具有特色、填补了国内空白"。在遥感理论的应用研究上,如吕达仁等关于激光闪烁遥感雨强与雨滴谱分布的基本方程数值试验研究,林海等用雷达--微波辐射计联合系统遥感云雨结构的研究等,也取得不少成果。

  从1977年开始,荆其一等与高能所等单位协作,开始在香河综合观测试验站进行了高空气球施放的初步试验研究。1979年初经过严格论证,中国科学院正式批准成立高空气球工程领导小组和高空科学气球技术总体组(由大气所、高能所、上海天文台、空间中心总体部、广州电子所等组成)。并在此基础上,在香河综合观测试验站建立起我国第一个高空科学气球基地,使我国成为世界上少数几个独立建立气球探测的国家。此间我所也成立了高空气球研究室,经过几年合作研究,研制出千立方米和万立方米级高空气球系列、相应的施放和飞行配套系统、遥感探测和跟踪定位系统、气球吊篮和回收系统、姿态控制以及其他辅助系统。共施放气球124个,其中万立方米以上气球50个,最大达20万立方米,最大载重555公斤,飞行高度达38公里,最长飞行时间超过18小时。成功地进行了24项科学观测,其中利用高空气球观测了平流层及其以下大气气溶胶浓度和尺度谱垂直分布,太阳辐射和湍流观测。上述工作,1984年6月通过了中国科学院主持的成果鉴定。被认为"有中国特色","填补了我国高空科学气球技术空白"、"在国际上产生了良好的影响",1985年获国家科技进步二等奖。

  1980年初,大气所利用高空气球和激光雷达对平流层和对流层的气溶胶、辐射、温度脉动等进行了观测研究,开展了平流层辐射光化学的模拟研究和中层大气环流与大气动力学研究,当时是国内外从事中层大气研究的主力单位。

  用经国际标准标定的臭氧Dobson光度计,按国际规范观测的报告(香河和昆明两站),于1979年和1980年先后纳入了国际臭氧观测网,实现了臭氧资料的国际交流,国际臭氧委员会主席等人1988年载文高度评价香河的资料精度,称"香河站是全球最好的观测站之一"。

  此外,大气所系统地开展了大气光学遥感理论研究和野外测量,提出了用单一光度计测量天空亮度、综合遥感大气气溶胶分布和折射率及地表反射率的新方法,提出了遥感气溶胶的消光--小角度散射法,发展了气溶胶观测的光学理论。

  (二)大气边界层物理和大气化学研究

  利用气象观测塔自动梯度观测系统和超声风速仪、低空系留气艇、单点测温声雷达和多普勒测风雷达等边界层探测系统,对北京燕山地区,京、津、渤地区测得边界层中温度、风随高度分布,逆温层出现数据和生消规律,以及夜间边界层低空急流和逆温层的关系,并定量分析了雷暴密度流过境时各地面要素的激烈变化,尤其是密度流头的前部和后部存在一股强的上升和下沉气流,指出它们对飞机的起降十分危险。声雷达探测还表明,温度脉动谱值为一随机变量,并满足对数正态分布。在夏季湿度较大的天气条件下,大气湍流场存在团块结构。

  还进行了大城市和工业区中尺度污染规律研究。八十年代初在燕山石化区,云南滇池地区和上海宝钢地区,对污染物在大气中的输送、扩散、迁移和转换规律及其对环境的影响问题,进行了野外综合观测研究。将经典的三大湍流扩散理论延伸到中距离问题,对控制中距离扩散的主要因子的湍流扩散型有了新认识。同时建立了拉氏烟团多源模式、三维平流扩散多源模式和Monte-Carlo模式,并进行了数值模拟试验。另外,参加了京、津、渤地区,区域大气污染的野外观测试验,对城市热岛、地形引起的局地环流以及气溶胶污染物的分布问题,取得了实测资料,并提出了京、津地区工业合理布局的建议。

  从1976-1984年大气边界层物理和湍流方面共发表研究论文约60篇。

  我所大气化学研究始于大气气溶胶的研究。七十年代中,首先在国内开展了大气气溶胶物理特性的研究,在北京、长春等地进行了地面和空中的气溶胶浓度和谱分布的观测,分析其时空变化特征以及与气象条件的关系。八十年代初,王明星、任丽新等在国内首先开展了气溶胶化学研究,我所与美国佛罗里达州立大学合作开展了大气气溶胶化学特性的研究。从1980年3月起,先后在河北兴隆、北京以及新疆天池等地用分级式和时间序列式采样仪采集气溶胶样品,用七十年代发展的高精度PIXE方法(质子诱导X射线能谱分析法),分析不同粒径气溶胶的元素浓度。研究了大陆本底气溶胶、城市背景气溶胶和城市大气气溶胶(特别是北京地区的)的元素浓度及其谱分布的时空变化规律与气象条件的关系。1982年又在国内首先开展了接收点模式研究,给出了干净大陆气溶胶和煤烟型城市大气气溶胶污染来源的分析结果。后来又开展了气溶胶对酸雨形成的作用的研究,在重庆、北京和上海等地进行观测和实验,研究了不同地区大气气溶胶对酸雨形成的影响,得到了有重要意义的结果。

  (三)云和降水物理学研究

  1970--1978年,在过去对冰雹云等强对流云观测的基础上,利用雷达、闪电计数器和常规气象资料,对局地对流风暴进行了研究。发现冰雹云的形成经历酝酿和跃增过程,提出冰雹云单体生命史五个阶段,并提出五种类型的冰雹云。同时还发现一般雷雨云和冰雹云中闪电频数有显著差异。在多年防雹基础上,1983年出版了《冰雹和人工防雹》(大气所集刊12号),并编著了《雷达观测冰雹云》一书,同国家气象局等单位合作编制了《中国云雷达回波图集》,系统地总结了多年来冰雹云的观测结果。

  从1979-1984年,黄美元等又对我国南方的梅雨锋云系和华东暖云进行观测研究。其中最重要的成果和贡献有:第一,发现和提出了梅雨锋层状云中雷达回波亮带,暖区结构和降水的不均匀性,并给出了理论解释,这观点不同于关于层状云的结构和降水是均匀的传统观念;第二,分析提出了由积云和层状云组成的积层混合云最容易产生暴雨的结论,用数值模拟方法从理论上研究了暴雨形成的物理机制;第三,获得梅雨锋云系的不同部位的层结特性和云系结构模式;第四,观测分析了华东对流云演变规律,提出了用雷达识别对流云发展不同阶段的方法,及预测对流云发展趋势的方法。

  (四)计算地球流体力学研究

  计算地球流体力学不同于一般计算数学和计算流体力学,它是指大气、海洋等低速旋转流体力学中,计算方法及其理论的总称。曾庆存等从1978年开始,历时9年时间完成此项研究,于1989年获中国科学院自然科学一等奖。这项研究最早阐明计算紊乱和计算不稳定机理,论证了计算稳定性与算子非负性及能量守恒性之间的密切关系;对国际上流行的Arakawa、Lilly格式等指出均只有"瞬时能量守恒"并非真守恒;设计出一批内部协调并具有完全能量守恒的差分格式,在世界上第一次构造出正压和斜压原始方程具有完全平方守恒的格式,还推广到不等距网格和不规则边界的计算;还最早且成功地引入"标准层结构"和"扣除法",使得只需计算偏差量,从而大大减小了计算截断误差,也克服了有陡峭地形处的计算困难;引入灵活性参数和灵活性叠代,使计算方案十分灵活方便、有效,且能提高计算稳定度和精度。

  公开发表的19篇论文反映了上述研究成果,还研制出许多计算程序、软件等。此项研究对由计算数学和流体力学相结合所产生的新生学科分支--计算地球流体力学,起着某种奠基作用。也推动了大气科学和计算流体力学模拟的发展。研究结果已被推广应用到业务数值预报模式中,并直接用于建立大气所的大气、大洋环流模式,近海岸海流模式。

  (五)青藏高原气象学研究

  七十年代后,叶笃正等又系统地研究了青藏高原的热力状况、环流状况、对流系统的作用、大气垂直流场以及在全球环流中的重要性等问题,指出夏季高原上空的气流可以在遥远的地区下沉,从而发现该两地有遥相关现象。

  叶笃正等对高原上夏季强对流小系统与大天气系统的非线性相互作用做了深入研究。还创建了流体力学实验室,成功地模拟了高原夏季加热对东亚环流的影响。1979年,他与高由禧合作出版了《青藏高原气象学》一书,全面系统总结了国内外关于这一领域的科学成果。

  八十年代有了更新的资料,叶笃正等研究发现,夏季高原东西部各有一个对流活动中心,进一步验证了他的强对流与大天气系统的非线性相互作用,他们还比较了青藏高原和北美落基山对大气环流影响之异同,研究了青藏高原和落基山在北半球某些遥相关现象的重要作用。

  青藏高原气象学研究及其重大发现对开拓世界青藏高原研究具有重要作用。

  (六)大气环流基本理论研究

  八十年代初,对大气中准定常行星波的形成与异常机制的研究取得重要进展。这项研究是黄荣辉完成的。于1986年获中国科学院科技进步一等奖。他研究了北半球准定常行星波产生机制,设计了一个包括粘性、牛顿冷却等准地转34层模式,从实际资料计算了准定常行星波的物理特性。这是国际上最早应用多层模式对行星波的计算结果,被国际气象界广为引用。对准定常行星波传播做了研究,发现准定常行星波球面大气中传播着两支波导,并经用多层模式模拟,从理论上证实了所发现的两支波导。还从理论上研究了准定常行星波异常的机制,证明了高纬度环流、热源的南北宽度直接影响着准定常行星波的异常。还证明了热带的热源异常,可以影响整个中高纬准定常行星波的异常。在同样强迫源与基本气流不同时的对比试验证明,准定常行星波的传导与基本气流异常有很大关系。

  李麦村等研究了非线性大气环流动力学问题,提出了大气环流6月、10月突变的物理机制在于波与基本气流及波之间的非线性相互作用。利用非线性动力体系解的分岔,合理地解释副热带流型低频振荡的形成机制。在国际上首先提出了湿过程对低频振荡形成的作用。还把非线性数学方式用来研究飑线这样的中尺度系统的形成,在国内首先提出大气低空急流上出现的飑线是孤立重力内波非线性演变的结果。利用多尺度方法研究了热带大气的孤立波,指出热带的非线性波动是不同于中纬度的非线性波动。

  (七)东亚季风研究

  1984年开始的中美季风研究,是1979年中国与美国签订的《中美两国关于大气科学与技术协议》中的协作项目之一,陶诗言、陈隆勋是主要参加人。他们同其他科研人员研究了东亚季风系统的特征,发现该系统与印度季风系统既有联系,又有差别,是一个独立的季风系统,且有单独的热源、热汇区推动的。他们又发现东亚季风的爆发和推进,早于印度季风,平均约早一个月。还发现中国华北的旱涝与印度季风活动有密切关系,这一结果已为实践和大气环流数值模式试验所证实。他们还发现,长江流域的旱涝,不仅与南半球的环流形势和跨赤道气流的强度有关,且与青藏高原的积雪面积的变化有一定关系。季风协作研究取得了丰硕成果,发表了有关东亚大气环流结构、夏季风时期的14天或40天振荡、夏季风维持的机理以及年际变化的论文15篇,他们两次参加中美季风学术讨论会。陶诗言等对东亚季风作了全面概括,《东亚季风》列入英国出版的《季风气象学讨论》的第三章,使这一领域的研究达到了国际水平。

  (八)暴雨研究

  七十年代末,大气所和吉林大学合作研制出一个暴雨预报人工智能系统,称"暴雨专家系统"。他们利用联想式汉卡Lotus1-2-3在微机上完成了短时预报的专家知识库,进而构造了一个"暴雨专家系统"。它是人工智能科学的一个分支,应用到天气预报,特别是暴雨预报还是首次。1984年在北方暴雨协作区的会议上做了演示和介绍,受到大家的欢迎。这个系统集专家(预报员)的经验、一些现代科研成果于一体,快速分析研究预报,并且便于修改、发展和自学知识更新等。此后,参加协作的北方各省、市都很快归纳了自身的预报经验,制作本地区的知识库,建立了自己的"暴雨专家系统"。1986年北方暴雨课题技术组出版了《北方暴雨预报专家系统文集》。完成"暴雨专家系统"的北方省市有14个之多。

  七十年代末,周晓平等设计了一个适合于东亚季风区的暴雨数值预报模式。1979年5月,根据中美大气科学技术合作协议,周晓平参加了中国派出的四人代表团,去美国强风暴实验室考察,回来后,接着搞他的暴雨数值预报模式。1980年在北方暴雨协作区西安交流会上,他发表了模式方案和全部程序,随后许多学者也利用这个模式做了大量工作。如南京空军气象学院的章震越与魏绍远等就最早独立地使用这个模式,证明了模式试验的可重复性。1984年起周晓平带领研究组和湖北省气象局暴雨研究所合作,用这个模式开展江淮流域暴雨业务数值预报试验,取得了很好的效果。由于这个模式抓住了暴雨的主要特点,简化了许多次要因素,且设计简单,已为国内许多单位应用于研究、教学与实际预报中。这些研究成果达到了国际先进水平。周晓平、张可苏和赵思雄等研究的"暴雨数值预报模式"和"暴雨数值预报模式及其业务应用"分别获1988年院科技进步一等奖和1989年国家科技进步二等奖。

  陶诗言、丁一汇等在七十年代末完成的《中国之暴雨》,全面系统的研究了我国的暴雨,是研究中国暴雨的第一部专著。在这一研究的基础上,他们又深入进行了广泛研究,对我国暴雨的有关问题做了迄今最完善的研究,对预报实践和研究都有很强的启发和指导性。已达到八十年代初国际先进水平。"中国暴雨的研究"获1992年院自然科学一等奖。

  (九)长期天气预报研究

  七十年代初,我所巢纪平等长期组的全体人员,应用海气相互作用的原理,制作汛期旱涝长期预报初步成功时,国内很少有人使用海表温度做长期预报指标。此后开始了海气相互作用有关长期过程的物理基础研究,巢纪平等提出一种新的长期数值预报方法,他把短期天气过程,当做干扰长期天气过程的"噪音"滤掉,来预报月平均环流形势并进行了可行性研究试验。海气相互作用的长期预报思路还推广到了气象、水文部门,到七十年代末,这一基本方法已被广为使用。巢纪平等与中央气象局科研所和地理所协作完成的"长期天气预报的物理基础及应用",达到了当时国际水平,获1978年全国科学大会奖。继海气与我国汛期旱涝和东北低温冷害研究之后,又对海气耦合系统进行了深入系统的诊断分析研究,在两大洋(大西洋、太平洋)共同影响大气环流方面,取得了新的成果,在一定的南北温度梯度相互配置下,大气环流有其相应的类型分布;赤道太平洋海温与副高存在相互作用,海温场与环流场之间存在着清晰的相互制约关系;南太平洋海温与南太平洋副高及南方涛动存在相互作用,进而提示了南方涛动与中国江淮夏季降水的关系;还从理论上揭露了大尺度海气相互作用能使一定特征的(波数为2)超长波得到发展,这种波的周期大约5-7个月,这一结果与海气相互作用的观测事实一致。从而对隔季长期预报提出了一种理论解释。此间,还研究了高原积雪与我国某些地区汛期旱、涝的关系。海气相互作用与长期天气预报(包括我国汛期旱涝与东北低温冷害预报方法),1978年后,在方法上又有较大的改进。

  在车贝雪夫多项式的研究应用方面有很大的发展和广泛的普及。研究结果给出了不规则网格上的车贝雪夫展开公式。这一车贝雪夫多项式兼有三角函数、球函数和自然正交函数等气象上常用的正交函数的优点,并在一定程度上避免了其各自的缺点,从而拓宽了广泛应用的途径。首次在国际上提出了一种时间序列预报的选代算法。此方法已在全国许多省市的气象、水文及部队有关部门广为应用。

  六、国际交流合作

  "文革"期间几乎中断了我国同发达国家的学术交流和友好往来。1976年底又开始了国际交往,如选送人员外出学习、进修及参观、考察访问等。再则是请国外著名学者来中国做专题讲学和交流,如1979年美籍学者郭晓岚教授应中国科学院邀请来访。并进行了两个月的《大气动力学》讲座和交流;又如1983年邀请美籍教授T.N.Krishnamurti来华做热带气象及现代天气学诊断讲座和交流等,这些都对拓宽我所的国际交往,产生了重要影响。

  1979-1982年我所叶笃正、巢纪平、曾庆存等相继赴美做高级访问学者,他们与美方的合作研究,取得了重要成果,扩大了影响,树立了形象,为打开对外交往的新局面做出了贡献。此外,我所赴美访问学者李麦村为"中美二氧化碳合作项目"做了许多前期准备工作,为促进这一合作项目圆满成功做出了贡献。

  "文革"后,首先是在1979年4月中国与美国签订了《中美两国关于大气科学与技术协议》,以后又召开了几次工作会议,1981年1月5日-18日在美国召开的第二次工作会议上,作为中方顾问的叶笃正副院长主张在具体项目上应由大气所与美方有关单位直接双边协商和交往,从而使合作交流更深入,联系更简便,也为大气所直接与美国科学家交流,创造了有利条件。从1979年开始,对外活动事宜增多,据统计,从1977-1984年,来所交流的外国学者多达100余人次,仅1979年派出的就有18人次,接待来访、短期工作、讲学的有32人次。交往的国家有美国、西德、日本等。

  除开展国际合作外,也派出访问学者、留学人员和进修人员。从1979年起大气所陆续派出63人,其中访问学者44人,派出的研究生19人。八十年代我所陶诗言还先后接受香港皇家天文台臻荣磊博士来我所学习天气学,美国Dempsey P.博士来所做博士后的中尺度地形作用的研究。

  1978年10月、1981年4月和1981年9月,分别有陶诗言去日本、王明星去美国、朱抱真去日本讲学和工作,受到对方热烈欢迎。

  此间叶笃正还得到国际上的盛誉,获许多国家的荣誉学衔,如1981年获芬兰科学院外籍院士称号,1982年任英国皇家协会荣誉会员等。

  在此期间,我所在国际大气物理及气象联合会中担任委员或分组委员的共五人,他们在一些国际会议中是组织者(或重要成员)。参加国际会议是大气所对外交流的一个重要组成部分,每年都有不少科学家应邀参加国际学术会议,这对提高大气所的国际地位发挥了重要作用。由大气所主办、承办的或与国外共同举办的学术会议,如1982年在北京召开的中美双边山地气象学术讨论会;又如由中国科学院主办,国际气候委员会、欧洲古气候委员会为副主办,大气所承办的"北京国际气候会议"。这些活动都展示了大气所在学术上和组织方面的实力。大气所参加多种国际合作活动日趋频繁,已经显示出她是国际公认的具有相当高水平的科学研究机构之一。

  大气所经过"文革"后几年的恢复和发展,已成为研究大气运动、大气中各种自然现象(声、光、电等)和化学现象及其基本规律,为天气、气候和环境的监测预报和控制提供理论和方法,发展新的探测和试验手段的综合研究单位。她拥有一批学术带头人和科研骨干、技术力量以及较为先进的新型探测手段。这一切为大气所的发展,并屹立于亚洲乃至走向世界大气科学研究前列,奠定了坚实的基础。

  第五章 推进改革 稳步发展(1984-1999) 

  大气所从1982年起实行干部离退休制度。在党的干部革命化、年轻化、知识化、专业化方针指导下,1984年7月,时年49岁的曾庆存任大气所所长,沈文雄、洪钟祥、周晓平任副所长,1986年8月许有丰任副所长。从1984年起叶笃正任名誉所长。1984年赵同庄任党委代书记,1985年改任书记。从这届领导开始,研究所由党委领导下的所长分工负责制改为所长负责制,每届任期4年。

  1988年6月,曾庆存连任所长,洪钟祥任常务副所长,任丽新、许有丰、王毓德任副所长。同年3月任丽新任党委书记、刘天民任副书记。

  1991年,黄荣辉被选为中国科学院学部委员。

  1993年7月,洪钟祥任所长,郭裕福任常务副所长,任丽新、黄荣辉、王明星、高登义任副所长,许有丰任巡视员。1995年9月,罗明远任副所长。1993年10月,任丽新连任党委书记,刘天民任巡视员。

  1997年,吴国雄被选为中国科学院院士。

  1997年7月,王明星任所长,黄荣辉、吴北婴、罗明远任副所长。同年9月,吴北婴任党委书记。1999年4月,吴北婴去世。6月,洪延超任党委副书记,主持党委工作。

  从1984年至1999年的十多年里,经过几届领导班子和全体职工的共同努力,大气所在原有基础上,推进改革,进一步明确方向目标,加强基础研究,建立开放实验室,成立研究中心,精简管理队伍,调整科研结构,使科研工作有了很大的发展,取得了很多重大成果。

  一、推进改革,调整结构

  (一)推进改革

  曾庆存1984年7月任所长后首先抓了研究所的办所方针和改革设想。同年11月27日讨论决定了研究所的办所方针和改革措施(简称"十四条"),确定了大气所的长远目标、近期的科研任务、"七·五"期间应抓好的九大研究计划。大气所的长远目标是"把大气所办成一个社会主义现代化的研究所,成为我国的一个高水平的大气科学研究中心","在世界大气科学发展中作出贡献"。近期的科研任务有三项,一是从事大气科学中的基础研究和应用研究中的基础性工作,解决国民经济发展中带全局性的重大的有长远影响的大气科学问题;二是抓好对经济建设有直接影响的应用研究,并有选择地开展部分高技术的发展研究;三是为国家培养高质量的大气科学人才。"十四条"还涉及到职务晋升、培养学术带头人、活跃学术气氛、扩大课题自主权、发展大气探测技术、改革科研管理、改善职工的工作和生活条件、科技开发、民主管理和政治思想工作等内容。十四条的制定,对指导大气所后来的发展起了重要作用。

  从1985年开始,对课题研究经费管理制度作了重大改革,扩大了课题组长自主权,实行了课题核算制度。

  1987年2月14日到19日,曾庆存分别召开了五次座谈会,讨论如何开放、搞活和进一步改革等有关问题。改革方案中提出的大气所的发展模型是:"在大约五年内将大气所建成国家的一个高水平的大气科学研究机构,对国内外开放,并发展为国际性的大气科学研究中心,对世界大气科学的发展做出贡献"。

  从1988年开始执行按需设岗、按岗聘任制度。未被聘任的人员进入人才开发交流站。1988年12月15日制定了"大气物理所人才开发交流站人事管理规定"。1994年12月又制定了"关于富余人员的管理暂行规定"。研究所建立的评审委员会负责职称资格的评定,聘任与否由所长确定。

  为了将研究成果转化为生产力,更好地为国民经济建设服务,1985年后大气所成立了公司和开发部,对外制做推广船用卫星接收设备,自动填图机,数字化卫星接收机,视程、斜视程和云高激光探测仪,进行环境评估,气球开发等。大深电子经营部经济效益良好,在大气所网络建设和支持研究所科研工作方面起了重要作用。

  1988年大气所开始执行第三会计制度,课题经费从计划下拨改为由科研人员申请项目获取,并逐步对课题实行全成本核算。

  1991年,制定了"大气物理所深化改革的若干意见(纲要)",从科研、技术、开发、后勤和人事工资制度等不同方面提出了具体目标和实施办法,并分头逐步实施。其中重要的一项是以工资包干为核心的分配制度、人员分流和考核等方面的综合配套改革。1992年制定了人事工资制度等11个配套改革实施办法。同时大气所被列入科学院50个试点单位之一,同年进行工资改革,实行固定工资和浮动工资相结合。工资中包括了基本工资、岗位津贴和绩效奖励等部分,同时实行了合同制工人制度。

  从1993年第四季度开始进行了一系列结构调整。1993年底,初步完成了机关、二线、后勤服务系统的调整,并对机关工作进行了以干部年轻化、适当精简编制、强化为科研第一线服务和提高工作效率为主要内容的调整。同时完成机关职能部门定编定员改革,成立两办(所办公室、党群办公室)、七处(业务处、行政处、人事处、保卫处、计划财务处、技术条件处、基建处)和两个中心(技术服务中心和生活服务中心)。

  1994年11月,制定了《大气物理研究所'九五'及2010年科技发展纲要》,"纲要"中提出了大气所"九五"期间科技工作重点及总体目标和优先发展的领域。同时对"九五"立项提出了建议,并把深化改革促进调整作为重要任务,确定了调整的总体目标、基本思想及实施方案。

  1995年12月大气所机关实行职员制,完成职员首次套级工作。

  1996年3月,在1993年底完成机关结构调整任务后,又完成了科研系统的结构调整。调整后的科研结构称为"三三四四"制,即三个开放实验室、三个研究中心、四个研究部和四个科研支撑系统。

  1998年初,完成了职称评聘制度改革,分别成立了研究员级、副研究员级和技术职务三个资格评审委员会和一个聘任委员会。

  1998年5月,完成了机关人员第一期压编工作。

  1985年起,大气所向山东等省市连续派出讲师团五人次,1989-1999年先后派出四人担任科技副职,此后又派出五人。

  1990-1999年,大气所68名有突出贡献的科技专家享受政府特殊津贴。1993-1999年,15人获院管理突出贡献津贴。

  1987年5月28日,大气所气象观测塔发生事故,张明仁、杨增贤、袁哲民、王启平四同志不幸以身殉职,党委书记赵同庄等做了深入细致的工作,妥善处理了善后事宜。

  1989年,大气所在南戴河建成技术培训中心,用于技术培训和干部休养。

  大气所所徽在1992年设计完成并使用。所徽体现了大气圈、水圈和地表相互作用这一大气科学研究的特点。其中英文缩写IAP代表大气所(Institute of Atmospheric Physics)。在创新文化建设中,又对IAP赋予了创新(Innovation)、协作(Association)和进步(Progress)的新内涵。

  8960㎡的大气所实验大楼,1989年立项,1993年建成,1994年投入使用,使科研条件得到较大改善。

  1995年10月15日,叶笃正获何梁何利基金科学技术成就奖,他将奖金捐给了大气所和家乡。1996年2月10日,大气所召开叶笃正从事气象事业六十周年暨八十华诞庆祝会,会上宣布大气所将用叶笃正的捐赠设立"学笃风正"奖。

  大气所还有一些同志将自己所获奖金或积蓄捐给家乡或者资助贫困地区儿童学习。全所职工踊跃向灾区捐款捐物,义务献血,谱写了一曲曲精神文明的颂歌。

  1996年,大气所主办的《气候与环境研究》杂志创刊。

  1996年,大气所实施了科研工作和管理网络工程。1998年,图书馆开始了自动化管理工作。

  1987-1999年,大气所通过联建等各种方式建成14653.42㎡住房,缓解了职工住房困难。

  1997年底,洪钟祥所长、任丽新书记等完成了四年任期目标。1998年元月,院党组授予大气所领导班子"优秀领导集体"称号。

  (二)准确定位,明确方向和目标

  从1993年开始到1996年初,大气所面对国内外的竞争和挑战,不失时机地全面贯彻科技是第一生产力的思想和实施"科教兴国"战略带来的前所未有的发展机遇,审时度势,准确定位,明确奋斗目标,积极稳妥地推进改革。

  大气所的战略定位是:主要承担国家经济建设和社会发展提出的基础性、关键性、综合性和战略性的大气科学和环境科学研究任务,并能在国际大气科学和环境科学研究领域占有一定地位。

  研究方向是:主要研究大气中的动力、物理和化学的基本过程、变化规律及其与周围环境之间的相互作用。以气候和环境动力学及其预测理论为主攻方向,并大力加强大气化学、中层大气和中小尺度动力学等国际前沿学科,为天气、气候和环境的监测、预测和控制服务,为国家可持续发展做出贡献。

  奋斗目标是:争取在五年或稍长一些时间内,把大气所建设成为上述领域的世界大气科学综合性研究中心之一和我国高层次大气科学人才培养的一个基地。

  为了实现上述总目标,规定了四项指标:

  1、基础研究成果水平力争国内第一,并在国际若干领域领先,对国际大气和环境重大科学决策问题有发言权;2.应用和开发研究要有良好的经济和社会效益;3.队伍知识结构和年龄结构比较合理,确保代际转移顺利完成;4.机关做到精简、统一、高效。

  随着形势发展、情况变化和认识的不断深化,1997年2月又再度对战略定位和奋斗目标进行了审议,并对1994年底确定的"九五科研计划"和"2010年科技发展纲要"作了修改,确保研究所沿着正确方向持续发展。

  (三)加强基础研究

  大气所之所以能较为出色地完成国民经济建设中提出的任务,在相当大程度上得益于重视基础研究。任务带动了学科的发展,学科的发展又促使更好地完成了任务。

  大气所历届领导班子和科学家们对基础研究的重要性有深刻认识,视基础研究是学科发展之根本。10余年来,研究所对各类课题所占比例逐步进行了调整,不断加大基础研究比例,发展研究比例逐渐缩小。如1979-1984年,应用研究课题所占百分比为76-80%,基础研究只占9%,而到1991年,基础研究比例是74%,应用研究占22%,发展研究由15%下降到4%。这是对历史形成的基础研究比例偏低应用研究和发展研究比例偏高的一次重大调整。

  大气所历届领导和各学科带头人都认识到,对于基础性研究,只有突出创新性、前瞻性,才能在学术上立于不败之地。为此,大气所1994年成立了发展战略研究小组。在战略研究的基础上,提出了10-15年的前瞻性研究科学问题,制定了2010年科技发展纲要。

  发挥优势领域,积极跟踪国际前沿,开展高层次的跨学科和交叉学科的研究,开拓新的生长点,形成新的突破口,是大气所在基础研究方面的一大特点。大气所从1983年起即自选气候动力学、气候系统模式设计和气候预测理论方法作为重点研究课题,此后在中国科学院和国家科委的支持下,"气候动力学和气候预测理论研究"列为国家"八五"和"九五"攀登项目,其研究水平处于国际前列,对我国汛期旱涝分布预报取得了令人鼓舞的结果,取得了显著的经济和社会效益。在国家"九五"重中之重项目"我国短期气候预测业务系统"立项过程中,大气所"八五"期间在其理论和实际应用方面的成果,是获准立项的重要科学依据之一。"九五"期间在继续做好跨季度气候变化与预测研究的同时,大气所已将年际、代际的气候变化和预测研究作为今后的重点,这是一个具有前瞻性又能更好地为国民经济建设和社会可持续发展服务的研究方向。

  重视学科交叉和综合研究,是当代地学研究发展的必然和一大特点,由此可能派生出新的生长点,使科学上的重大突破成为可能。八十年代以来,大气所围绕全球变化问题的跨学科研究和气候系统模拟与预测研究对国内外相应学科的发展起到了重要的推动和促进作用。

  (四)建立开放实验室

  大气所把办好开放实验室作为全所的大事来抓。

  1985年9月,建立了大气科学和地球流体力学数值模拟开放实验室,1989年10月,通过国家计委评审升级为国家重点实验室(State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics, LASG)。开放实验室的建立,是大气所加强和优化基础研究若干领域中的科技力量,与国际接轨建立区域性研究机构的第一步。LASG是中国科学院首批向国内外开放的国家重点实验室之一。主要研究领域是气候理论及气候数值模拟、中尺度对流灾害性天气及台风的数值模拟、气候与环境相互作用的数值模拟、海洋动力学的数值模拟以及地球和计算流体力学研究等。LASG经过十余年的努力,在连续三次国家评议中获得优秀,已成为我国最优秀的国家重点实验室之一,得到国内大气科学界和地球流体力学界的赞扬。

  1989年5月,大气所筹建的大气边界层物理和大气化学开放实验室通过国家计委及世界银行专家的评议。1991年10月24日,大气边界层物理和大气化学开放实验室成立。1995年1月升级为国家重点实验室(State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry ,LAPC)。该实验室主要研究领域是大气边界层探测原理、大气边界层物理、大气环境和大气化学等,主要研究大气特别是低层大气中发生的各种物理和化学过程、演变规律及其对环境、气候和生态的影响。1995年9月,该实验室被中国科学院评为优秀实验室。

  1995年4月,大气所建立了中层大气和地球环境探测开放实验室(Open Laboratory for Middle Atmosphere and Global Environment Observation ,LAGEO)。该实验室是中国科学院的开放实验室,其研究领域包括大气辐射传输、中层大气动力学和臭氧变化趋势、中层大气与下层的相互作用等。

  (五)成立研究中心

  在近10年中,大气所与国际组织和有关国家协作成立了三个国际研究中心;又成立了三个院所研究中心。

  世界实验室干旱与沙漠化中心北京中心(International Center for Scientific Culture, World Laboratory),成立于1993年。该中心是世界实验室资助并与之合作的国际研究中心之一,是世界实验室研究成果最好的中心之一。

  国际气候与环境科学中心(International Center for Climate and Environment Sciences,ICCES),成立于1994年10月。ICCES是南方国家科技促进持续发展委员会(Commissions on Science and Technology for Sustainable Development in the South,COMSATS)选定的十个国际优秀中心之一,也是第三世界科学院的优秀中心之一。该中心主要研究气候和环境动力学及其预测理论、自然控制论、大气环境和灾害等。

  全球变化东亚区域研究中心,对外称全球变化东亚区域分析研究培训中心(Global Change System for Analysis, Research and Training Regional Research Center for Temperate East Asia,START),成立于1995年7月。中心由中国、日本、韩国、朝鲜、俄罗斯、蒙古共同参与合作研究。该中心促进东亚区域全球变化研究,为东亚国家政府在环境保护、资源开发利用和经济发展等重大问题的决策提供科学依据,促进东亚地区环境改善、科技进步和可持续发展。

  1994年12月,中国科学院生态网络中心在大气所设立大气分中心。

  1994年9月,大气所成立了自然控制论和实用非线性复杂性研究中心。

  1995年9月,中国科学院减灾中心成立,中心挂靠大气所。减灾中心主要从事自然灾害和减灾对策研究。

  这些中心的建立提高了大气所和我国在国际学术界的地位,也改善了大气所优势领域的科研条件。

  (六)调整科研结构

  大气所在发展过程中,研究机构和部门在不断调整,这不但是大气所研究领域扩展、研究工作发展的需要,也是为了适应我国科技体制改革,适应社会主义市场经济的新形势。

  1985年新建了2个研究室。至此大气所共有14个研究室。它们是:

  微波大气遥感和雷达气象研究室

  数值天气预报研究室

  云物理研究室

  大气扩散和大气污染研究室

  长期天气过程和预报研究室

  暴雨强对流热带气象研究室

  气候研究室

  大气化学和大气辐射研究室

  激光大气遥感研究室

  高空气球研究室

  高山极地海洋研究室

  大气边界层物理研究室

  技术系统发展研究室

  大气科学和地球流体力学研究室

  同时,大气所还建立了以下实验室:

  大气环流模拟实验室

  台风模拟实验室

  天气图实验室

  微波电子实验室

  红外光学模拟实验室

  激光物理实验室

  气象雷达电子实验室

  飞机探测仪器实验室

  超声风速仪电子实验室

  大气扩散实验室

  大气边界层模拟实验室

  气象观测塔遥测设备实验室

  声雷达电子实验室

  高空气球电子实验室

  新增加的大型设备有:

  超低速风洞

  SGI高性能并行计算机

  研究支撑系统有香河综合观测站、计算信息科学中心、图书馆和《大气科学》编辑部。

  所机关设8个处室,即办公室、党委办公室、人事处、业务处、财务处、行政处、技术条件处、基建处。

  此外,还成立了研究生工作部。

  为了实现我所的战略定位和奋斗目标,1996年又对科研结构进行了调整,调整后的科研结构简称为"三三四四",它们是:

  大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室

  大气边界层物理和大气化学国家重点实验室

  中层大气和地球环境探测开放实验室

  全球变化东亚区域研究中心(START)

  国际气候与环境科学中心(ICCES)

  中国科学院减灾中心

  大气环流研究部

  中小尺度与灾害气象研究部

  大气环境与极地研究部

  大气物理与大气探测研究部

  计算中心

  数据与信息中心

  香河大气综合观测试验站

  边界层探测技术部

  二、科学研究取得丰硕成果

  在过去科学积累的基础上,十多年来大气所在中国长、中短期数值预报模式的研制和大气环流数值模拟、大气动力学和地球流体力学、气候动力学与气候预测理论、中尺度动力学及灾害性天气预报、全球变化、大气化学和大气环境、中层大气与大气探测、自然灾害及减灾、自然控制论、青藏高原气象学、卫星气象学、大气遥感理论、雷达气象、大气污染气象学和大气边界层物理、地球三极和西太平洋考察等方面的研究工作以及双波长雷达辐射计系统、多频段微波水汽和云水遥感辐射计、声雷达、激光雷达、VHF多卜勒雷达、高空科学气球、大气所气象观测塔自动化遥测系统等方面的研制工作,均取得了很多重大成果。

  1984-1999年,大气所共获得国家自然科学奖一等奖1项,二等奖3项,三等奖4项,四等奖1项;国家科技进步奖一等奖2项,二等奖3项,三等奖5项;中国科学院自然科学奖一等奖5项,二等奖12项,三等奖5项;中国科学院和省部级科技进步奖特等奖1项,一等奖8项,二等奖2项,三等奖20项。出版专著70册,并发表了大量科学论文。在此期间,主持和参与主持国家攀登项目3项,国家重大基础项目4项,国家重中之重项目1项,国家攻关项目14项,国家基金重大项目11项,国家重点基金2项,国家杰出青年科学基金5项,国家科技973项目4项,国防科工委863项目3项,921项目1项,高技术项目3项,军工项目6项;中国科学院重大项目19项,中国科学院重点项目9项;重中之重项目1项,百人计划项目2项。

  在此期间,大气所获得两项专利,它们是:甲烷自动采集与分析系统及其方法,氧化二氮自动采样分析装置。

  此间的几项重大研究成果有:

  (一)全球变化研究

  大气所积极开展并推动了国际上全球变化的研究。叶笃正是"国际地圈-生物圈计划(IGBP)"可行性研究和计划的倡导与制订人之一,为该计划的实施作出了重要贡献。

  二十世纪八十年代中,根据国际生物圈计划专门委员会委员、中国全国委员会主席叶笃正的倡议,实施了"黑河地区地─气相互作用的观测实验研究"项目。它是联合国世界气象组织和国际科联共同制定的世界气候研究计划以及联合国环境计划的一部分,同时也是在九十年代执行国际地圈生物圈计划的先行试验。

  1991-1995年,叶笃正作为首席科学家又主持了国家重大基础研究项目"我国未来(20-50年)生存环境变化趋势的观测研究"。该项目打破传统学科的界限,着力于实现学科之间的交叉,特别是地球科学与生命科学之间的交叉。通过对我国生存环境变化中主要特征的监测,关键性相互作用过程的研究,区域环境系统基本动力学性质和生态环境预测理论的探索,在研究思路和方法上有重要进展。

  首先是提出了"季风驱动的生态系统"的新概念。这一科学思想及项目建议已被START列为东亚地区全球变化研究的第一优选领域,也被亚太全球变化网络接受。这是第一次由我国提出并发展成为国际计划的比较大规模的研究计划。

  对稻田释放的甲烷进行观测和机理研究,估算我国稻田甲烷排放量为1200万吨/年左右,并推算全球排放量为3500-5600万吨/年,为全球温室气体清单提供了比以往更符合实际的结果,已被世界气象组织政府间气候变化委员会1995年科学评估报告所采纳。王明星等的"稻田生态系统甲烷产生、转化及传输机理研究"获中国科学院自然科学一等奖,"农田温室气体排放过程和观测技术研究"获国家科技进步二等奖。

  关于"温室气体浓度和排放通量监测及有关过程研究",建立了我国主要温室气体大气背景浓度的监测系统,包括大气采样系统、样品分析、标准气体研制以及监测分析规范等,并在我国设立了四个主要监测网点,建立了二氧化碳的观测资料库。这些研究结果,为评价我国主要温室气体浓度和源汇的现状及变化,为我国制定相应的对策提供了科学的依据。

  (二)大气动力学与气候预测

  气候系统动力学和气候预测理论是大气所近十多年的重点研究领域,在理论研究、气候模拟和气候预测几方面都取得了有特色的高水平研究成果。

  曾庆存等设计了大气环流模式和气候系统模式及以其为基础的动力学跨季度气候预测系统。这些模式使用了"标准层结扣除法",实现了"有效能量守恒",采用灵活的替代差分格式,实现了分解法和多时间尺度的加速收敛算法,对水汽输送等敏感过程做了合理的处理,并克服了陡峭地形附近的计算困难。大气环流模式可以模拟出东亚气候的季节突变、季风、雨带北跳、南北方涛动、低频振荡等实际大气中的固有现象,模拟出的气候平均态与实况相当一致。其中许多技术已被欧洲中期天气预报中心、澳大利亚气象中心等的模式采用。在中美气候变化合作研究、中美及中日季风合作研究中我方都使用本模式。这一成果获1991年中国科学院自然科学一等奖。此后模式又不断改进。同期发展的全球海洋-海冰模式以及热带海洋模式,都消去了国外的刚盖近似(我所是首次,当今国际的模式也这样做了),还设计了陆面物理过程模式。此二者与大气环流模式耦合成气候系统模式,成为大气所进行动力学跨季度预测、全球变暖研究等的基础。

  曾庆存等从1988年起试用气候系统模式做动力学跨季度预测试验并取得成功,后来又发展了集合预测方法。他们建立的跨季度预测系统,每年三月将预测结果提交给中国气象局和国家防汛抗旱总指挥部及军队有关部门。这些成果获1988年中国科学院自然科学一等奖。

  用全球耦合模式得到的关于二氧化碳增加引起的气候变化的模拟结果已提交给世界气象组织政府间气候变化委员会1992和1995年科学评估报告。对气候变化作了长达1160年的积分,完成了二氧化碳浓度按每年10%速率递增情况下的响应试验,然后又积分了95年。同时又建立和发展了一维和二维物理气候模式,发展了低维大气、海洋、海冰机制耦合模式。

  黄荣辉提出了西太平洋暖池热状况及其上空对流活动对我国东部旱涝的年际和季节内变化的重要作用。这种作用被实际资料所证实,并为我国夏季旱涝预报提出了一个预报因子。将这一因子与气候诊断分析和动力统计学方法相结合,建立了一个综合预报模式。这一模式的预报结果,每年三月提交给中国气象局和国家防汛抗旱总指挥部。所作的预报得到国家防汛总指挥部与中国气象局的应用和重视,在几次重大防汛抗旱决策中发挥了重要作用。

  吴国雄等对副热带高压进行了全面深入的研究。应用他们提出的全型垂直涡度倾向方程,研究了大气中的热力适应过程和能量频散关 系及其对副热带高压的影响。他们的研究表明,我国夏季风降水和副热带高压之间是一种相互作用的关系,而不是主从关系。

  李崇银在关于第二类条件下不稳定的研究中考虑了切变基本气流对不稳定的影响,并用以解释台风发生发展的所谓"对流层通风条件"及冷空气和西南季风对台风发生发展的影响。用移动性第二类条件下不稳定分析了南亚季风的30-60天振荡的动力学特征,用第二类条件不稳定-罗斯贝波对热带季节内振荡进行了解释。从资料分析和理论研究提出了东亚冬季风异常对ENSO的重要激发作用。

  (三)中尺度动力学及暴雨数值预报

  大气所二十世纪七十年代就开始暴雨数值预报的研究。"七五"期间建立了暴雨数值预报模式。此间对暴雨等灾害性天气提供了尺度分离、能量等中尺度分析方法,确认和揭示了高层辐散对暴雨发生的强迫作用以及对称不稳定对梅雨锋暴雨的可能触发机制。赵思雄等的"长江上游暴雨中尺度系统的研究"获中国科学院科技进步一等奖。同时,又建立了大气所新一代暴雨数值模式,研制了实时暴雨短期预测系统,每年汛期对影响我国的暴雨系统进行预测。此后发展了几种分辨率不大于100公里格距的有限区域数值预报业务系统并投入运行,这是国内少数几个达到实时业务要求的区域性细网格数值预报系统之一。该模式每年都进行汛期天气预报,还在1997年长江三峡截流期做了实际预报。模式还提交给广州、武汉、兰州区域气象中心试验和使用,得到使用单位的好评。周晓平等"暴雨数值预报模式及其业务应用"获国家科技进步奖二等奖。

  (四)中期数值预报研究

  1986年国家科委将中期数值天气预报列入"七五"国家科技攻关计划,由国家气象局主持,中国科学院和教委参加主持。这是自"联心"以来,中国科学院与国家气象局的又一次大协作。作为中国科学院的主力,大气所参加了该课题22个专题中的11个,涉及模式的动力学框架及其协调性,模式地形及非绝热物理过程,预报结果的检验及物理诊断,四维同化研究,气象专用程序库、数据库及图形处理等诸多方面。攻关课题的完成为中期数值预报业务系统的建立打下基础,从而使我国进入当时世界上少数能制作中期数值预报的国家行列,此后有了很大发展。纪立人等"中期数值天气预报"获中国科学院科技进步一等奖。

  (五)大气污染和大气环境

  "我国和东亚地区酸性物质的大气输送研究"项目进行了自长沙经厦门、上海、天津到长春的超长距离酸性物质观测,计算了污染物的国内和国际输送,指出日本、韩国等的硫沉降主要来自其本国,我国的硫排放对东亚不造成威胁,并建立和发展了三种有创新特色的区域酸性物质输送模式。

  "重庆市大气污染控制规划研究"项目在物质模式中引入生物源和自然源,采用一种新的干沉降速度型,进行了森林和植物冠层内物质和动量的生物吸收过程的野外测试和对流层臭氧时空演变的野外测试和数值模拟。这一成果已被英国、泰国采用。

  研制了多个大气污染物输送模式,并结合中尺度气象模式和边界层模式,对广东大亚湾核电站和岭澳核电站厂址的大气环境质量进行了评估。评估结论消除了香港对在广东建设核电站的疑虑。

  与国家环境监测总站合作,在天津和沈阳进行了大气污染物的预测。这些工作对推动我国城市空气质量评估和大气污染预报,起了重要作用。

  1999年11月,大气所的近地层风速测量系统为我国首次载人飞船试验提供了实时准确的气象保障。

  在气象和环境与人体健康的关系方面开展了研究,其中有些成果受到科学界的重视。1997年,由大气所、中国老年学学会医学委员会发起,得到中国科学院教育局、资环局的支持,在黄山举行了首届环境趋势与医学气象学术研讨会,其学术成果在《气候与环境研究》1999年第4期刊出。这一研讨会每两年举行一次,现已举行了三届。

  (六)中层大气与大气探测

  1995年在香河综合观测站建立了VHF波段MST多普勒雷达,其总体性能居世界前列。它能遥感探测近地面至近百公里高度高空大气的风场、垂直运动和湍流强度。对于中层大气动力学研究和湍流研究、大气上下层交换研究、中尺度灾害性天气探测与监测、航空安全和空间飞行起落环境监测等一系列重大研究和应用领域有重要作用,是一项新型遥感技术。现已取得了一批观测资料。

  1985-1992年相继研制成功跑道视程和斜视程以及云高激光探测系统、机场跑道视程和斜视程探测原理及激光探测仪、XU201激光雷达。研制成功的激光探测系统集当代国际先进激光技术、光电技术、信息处理技术和微机分析技术于一体,是我国第一台综合探测视程、斜视程及云高的设备。XU201气象激光雷达是对云底高、能见度实施定量化综合探测的系统,不仅在军事上有重要使用价值,对于环境保护、民用航空、航海、森林防火等方面也有实用意义。

  1999年,大气所将"激光雷达能见度仪探测技术"转让给中国航空工业总公司二零二厂。

  "七五"、"八五"期间研制了GMS数字化气象卫星资料接收系统和多功能气象卫星资料接收系统。大气所研制的GMS数字化气象卫星资料接收系统可以昼夜连续不断自动采集、存储卫星的数字化观测资料,便于在数值预报中应用。

  1988年-1993年,大气所研制了大气臭氧探空仪,共两个型号。它们主要用来获得大气中0-35公里高度范围的大气臭氧含量垂直分布、大气压力和大气温度廓线,1993年开始应用于南极中山站,获得了南极臭氧洞期间有价值的大气臭氧浓度的资料。

  (七)自然灾害和减灾研究

  大气所在自然灾害和减灾方面进行了卓有成效的研究,建立了减灾综合数据库、减灾信息系统、台风暴雨灾害评估和警报服务系统。王昂生等的"台风、暴雨警报系统及减灾对策研究"获中国科学院科技进步一等奖。1998年10月14日,联合国向中国民政部长多吉才让和中国科学院减灾中心主任王昂生颁发了联合国灾害防御奖。

  (八)地球三极及西太平洋科学考察

  1983年的雅鲁藏布江下游水汽通道考察,论证了雅鲁藏布江是青藏高原四周向高原腹地输送水汽的最大通道,以及它对于藏东南气候、环境和藏民族文明的影响。从1984年开始,大气所相继开展了南极和北极地区的大气科学考察。考察发现南极臭氧总量的增加,往往带来平流层爆发性增温,臭氧量与50百帕温度平流有一定相关性。研究了臭氧洞的形成和演变,发现它和太阳电磁辐射通量成正相关,自然变化是臭氧洞形成的主要原因。还得到了大气中二氧化碳浓度与南极平均气温变化趋势相当一致的结论。1998年的雅鲁藏布大峡谷的科学考察发现和确认了峡谷核心地段的四组瀑布群,对峡谷的谷底宽度和深度有了新的测绘结果,再次证实了它世界第一的地位。

  从1985年起,大气所先后组织了8次西太平洋科学考察,每次历时2个月左右,参加者有50余人次。考察取得了一批可贵的第一手资料,共约40亿个数据,其中有8亿经过质量控制已正式建立了可与国际交换的数据库,完成了120余篇论文和《热带太平洋物理气候图集》。考察的结果充分证实西太平洋海域为大气强大热源,海面感热输送24小时均为向上,并无明显日变化,非厄尔尼诺年的感热输送较小。在北半球冷空气跨赤道影响南半球时,海气交换可迅速增加。天气变化会带来海洋表层温盐结构发生巨大变化。

  (九)自然控制论研究

  "自然控制论"是由曾庆存提出的一个新领域。自然控制论研究自然环境的自控行为与人工调控的机理以及人工调控的理论、方法和技术。它处于许多学科的交叉点上,涉及有关环境和生态的各学科以及控制论、数学、力学、物理学和工程技术学科等。自然控制论用统一的观点、理论和方法指导研究众多的与调控自然环境有关的具体问题(如最优航道工程、区域污染控制和人工影响天气等)并发展相应的工程技术。近几年已应用于泥沙冲淤和三角洲演变机理和港口河道工程等的数值模拟等以及人工调控和预报大气污染、人工影响天气等的研究之中。自然控制论的观点和方法得到了控制论和大气科学以及环境生态学界的认可或重视。

  三、培养高水平的青年科技人才

  大气所一直从战略高度抓青年人才的培养工作。通过这十几年的努力,使科研队伍的知识和年龄结构发生了明显变化,同时向国家输送了大批人才。

  (一)培养研究生

  大气所从1984年扩大研究生招生规模。开始每年在学研究生一般40多人,后来逐渐增多,最多一年在读研究生超过120人。还与云南大学、中国科技大学等十余个单位联合培养脱产和不脱产博士生,双方都设导师,以大气所为主。

  1985-1999年,大气所共招收252名硕士生,245名博士生,接受 53名博士后研究人员。1994年以后,大气所开始以招收博士生为主。十几年来,毕业硕士生234名、博士生123名,33名博士后出站。

  1995年接收了来自中国香港的研究生。1996年,大气所被中国科学院授予首批博士生重点培养基地。1998年,教育部批准大气所为首批招收外籍研究生的单位。

  (二)通过各种途径培养现有人才

  大气所已有相当数量的中青年科学家。所领导不断把他们推向科研第一线,放手让他们在工作实践中增长才干。对优秀中青年人才,有计划地重点培养并委以重任,让他们在大项目和大课题中唱主角,并推荐他们在国内外学术团体中担任职务。大气所每年出国访问和参加学术会议的人员超过100人次,其中青年占一半。还积极创造条件,派优秀中青年出国深造。在国家重点实验室设立青年流动站,增加博士后流动站学科点和在站博士后人数。大气所研究生部与院有关单位联合,每两年组织一次青年大气科学学术研讨会,该研讨会1998年起由大陆学者的会议发展成海峡两岸的会议。会议完全由青年人自己主持。

  (三)培养德才兼备的人才

  大气所非常重视德育教育,提出"培养人才要德才兼备,以德为先"。要求科技人才,不但学问要好,有较高的研究水平和很强的攻关能力,而且要有热爱祖国、热爱科学事业、无私奉献、艰苦奋斗和淡泊名利的精神,要有使命感,安贫乐道,自甘寂寞地努力工作。对学科带头人的培养,尤其要求他们不但要有深厚扎实的基础理论功底,宽广和深入的学术见解,而且要有较高的道德修养,能够驾驭群雄,带领一个研究集体协同作战,攀登高峰。

  通过组织培养和青年人的努力,大气所一批德才兼备的中青年科研人员迅速成长并取得了丰硕的科研成果。他们活跃在国内外大气科学前沿领域,已经开始承担国家重大基础研究项目和攻关项目,国家自然科学重大基金项目,国家自然科学杰出青年基金项目等,并已有为数不少的人获得世界气象组织青年科学家研究奖,世界气象组织Mariolopoulos-Kanaginis奖,共青团中央、全国青联青年科学家奖,中国科学院青年科学家奖,中国科学院杰出青年奖,赵九章优秀中青年科学工作奖,涂长望青年科技奖,学笃风正奖等各种荣誉称号和奖励。有2人入选院"百人计划"。1992-1997年全所有13人被破格提拔为研究员。1987年获得博士学位的吴北婴,很快成长为大气物理学方面的学术带头人。她将理论研究、数值模拟、仪器研制与观测实验有机结合起来,在平流层气溶胶的遥感方面做出了重要创新,得到了国内外同行的好评。她1990年起,先后获国家教委有突出贡献的中国博士学位称号,中国科协青年科技奖,国家机关工委巾帼建功标兵,国家杰出青年科学基金。1997年任大气所党委书记、副所长。1985年获博士学位的穆穆现已成为大气动力学方面的学术带头人。他将现代数学的理论与方法应用于大气科学研究,在大气运动的非线性稳定与不稳定研究方面取得了突出成果。他1990年起,先后获中国科协青年科技奖,中国科学院青年科学家奖一等奖,共青团中央、全国青联青年科学家奖,国家博士后管委会"国氏"博士后奖,大气所"学笃风正"奖,中国科学院自然科学一等奖。2001年任大气所学术委员会副主任,同年任国际气象学和大气科学协会(IAMAP)行星及其演变委员会委员和美国《数学评论》评论员。

  到1999年,大气所有科研人员405人。其中具有高级职称的167人,占41.2%;中级职称的162人,占40%。具有博士学位的82人,占20.4%;硕士学位的63人,占15.5%。45岁以下的科研人员280人,约占66%。在课题组长中,35岁以下青年占1/3左右。

  四、国内外学术交流和国际合作

  所学术委员会组织全所性的学术讨论会和每年一次的学术年会,各研究实体自办不定期或定期的报告会和讨论会,两个国家重点实验室每两周举办一次学术活动。还有研究生会学术部主办的以研究生和青年科研人员为对象的学术报告会和讨论会,由部分科研人员自发组织的专题讨论会和学术沙龙等。

  大气所经常选派和鼓励科研人员参加国际学术会议,有计划地派人员出国讲学、培训或参加合作研究,同时邀请外国专家来所讲学,定期不定期地组织全国性和国际性学术会议。仅1992-1994年就组织了8次大型国际学术会议,其中包括干旱与沙漠化应用国际学术研讨会,亚太地区全球变化国际研讨会,东亚季风及其变异国际学术研讨会。

  1986-1992年,LASG在北京主办了四次夏季专题国际研讨会。1994年8月受中国科协委托大气所举办了亚洲和太平洋地区全球变化国际会议。1996年8月7-9日主办了为庆祝叶笃正院士八十华诞召开的大气环流和全球变化国际学术会议。LASG、LAPC和院内有关单位于1992年7月共同在北京主办了国际大气科学青年学者研讨会暨第四届LASG国际夏季讲习班,来自22个国家和地区的175名科学家参加,其中包括美国、日本、意大利等发达国家的81人。

  START从1992年到1997年,在国内外举办了7次国际性学术会议。规模最大的一次是1995年6月5-12日在北京召开的第十八届太平洋科学大会,与会者达1291人。

  国际气候与环境科学中心(ICCES)与南方科技促进持续发展委员会(COMSATS)开展了"灾害天气预测联合研究",并分别于1996年6月、1998年4月、1999年12月先后在巴基斯坦伊斯兰堡和北京联合举办了三次"数值天气预报研讨会"。

  1995年9月东亚中心在美国科罗拉多州波特市(Boulder)主持召开了区域气候模式国际计划会议,参加会议的有世界气候研究计划和国际地圈-生物圈等计划相关项目的代表及其中、美、日等国科学家30余人。会议起草了《发展气候/生态/化学过程耦合的气候模式及其在亚洲地区应用》的研究计划建议书,随后发展成为由东亚中心主持的国际合作项目。

  东亚中心作为东亚区域工作委员会(REACOM)的挂靠单位,从1995年底以来每年或隔年,在国外(日、韩、俄、蒙古)主持召开区域合作会议。

  改革开放以来,尤其是近十几年来,大气所与国际科技界建立了长期广泛的合作关系,已同30多个国家和地区有了科技交往,每年邀请和派出的科研人员约300人次。以围绕国家、中国科学院等的重大项目的开展和高级科研人员培养等方面的实质性合作为主,分别与美国、法国、德国、俄罗斯、意大利、日本和韩国等签订了合作协议,进行了卓有成效的合作研究。例如,与美国能源部合作的二氧化碳引起的气候变化研究,与德国夫琅和费大气环境研究所合作的关于"中国湿地还原性气体的排放"的研究,与韩国合作的关于东亚季风与气候研究等。

  第六章 努力创新 迎接挑战(1999-2001

  二十世纪末,中国科学院审时度势,全面分析国际社会经济发展趋势,认为二十一世纪将是知识经济时代,我国将面临全方位的挑战,最根本的是创新能力不足的挑战;中国正处在社会主义改革、现代化建设的关键阶段、关键时期,中国的经济建设正朝着依靠知识创新的方向发展。为了适应新世纪的形势和我国经济发展的需求,中国科学院提出要进一步深入科研体制改革,为创建国家创新体系提供经验。通过半年多的战略研究,1998年初,向中共中央提出了"迎接知识经济时代,建设国家创新体系"的研究报告。江泽民总书记2月4日在报告上作了重要批示:"知识经济、创新意识对于我们21世纪的发展至关重要,东南亚的金融风暴使传统产业的发展有所减慢,但对产业结构的调整则提供了机遇,科学院提出了一些设想,又有一支队伍,我认为可以支持他们搞些试点,先走一步,真正搞出我们的创新体系。"为了贯彻落实这一批示,中国科学院结合自身改革和发展的实际,向国务院提出了关于实施知识创新工程的汇报提纲。1998年6月,国务院科教领导小组第一次会议通过了这个提纲。从此中国科学院开始实施知识创新工程,各方面的改革进入了一个新的发展阶段。

  中国科学院实施知识创新工程的总体目标是:到2010年前后,形成符合社会主义市场经济和科技发展规律的、具有支撑国民经济可持续发展能力的、高效运行的国家创新系统及运行机制,建设一批国际知名的国家创新基地,培养和造就大批具有创新意识的创新能力的高素质科技人才,形成不断取得具有国际影响的重大科技成果的环境,为使我国知识创新实力达到世界中等发达国家水平做出贡献。

  大气所是一个具有悠久历史的研究所,在国家不同的发展阶段都为社会发展、进步和经济发展做出了重大贡献。我院实施的知识创新工程试点,对我所而言,既是挑战、更是机遇,要积极参与。1999年初,所领导班子决定组织人员按院的要求,制定大气所知识创新工程试点方案。试点方案初稿形成后广泛征求群众意见,进行多次讨论和修改,5月15日《大气物理研究所知识创新工程试点方案》出台并上报院党组。7月21日院正式批准王明星所长代表大气所正式签订创新工程试点任务书。大气所成为院首批进入创新工程试点单位的研究所。

  此后在院党组和有关业务局的领导和指导下,在只有一年多一点的时间里,大气所完成了战略定位,制定创新目标,凝练和提升科技目标,调整学科领域,遴选优势学科的任务。以此为基础,在体制创新,结构调整方面迈出了一大步。用人制度也作了重大改革,顺利进行了按需设岗、按岗聘任各类人员的工作,并在全所实行全员聘用合同制。设置了创新研究项目,并取得了一批创新研究成果。通过实施知识创新工程,职工的精神面貌和思想观念发生了明显的变化,一个有利于创新的文化氛围正在逐步形成。一支知识层次高、年龄结构合理、创新能力强、朝气蓬勃的研究队伍和年轻化、一专多能的管理队伍已初步形成。

  2001年7月,大气所新一届领导班子成立。院决定王会军任常务副所长,主持研究所工作;洪延超任党委副书记,主持党委工作;董文杰任副所长。12月又决定田二垒任副所长。

  一、确立创新目标

  经组织多次所战略发展研讨,广泛征求科研人员意见,在充分酝酿论证的基础上,确立了我所创新目标,创新目标分两个部分:

  一是国家目标:在2010年,将大气物理所建设成为具有国际先进水平和持续创新能力的高水平大气科学综合研究中心,高层人才培养基地,为我国灾害天气和气候预测、大气环境保护、国防建设做出基础性、战略性和前瞻性贡献,为我国气象和大气环境保护事业持续发展提供科学支持,并为国家经济和社会持续发展和国防建设做出重大贡献。

  二是科学目标:应用现代化探测手段和数值模拟方法来研究大气中动力、物理和化学的基本过程和变化规律,以及大气与其周围环境的相互作用;研究东亚天气气候和环境的变化机理、预测理论、建立"东亚气候系统"和"季风环境系统"理论体系及遥感体系。

  二、凝练科技目标,调整科研结构,完成基地科研岗位招聘

  从国际大气科学的发展态势,结合国家战略需求和大气科学前沿领域,本着有所为、有所不为的精神,将九大研究领域凝练成四个大气科学的前沿领域。即:气候系统动力学和预测理论研究,大气环境和人类生存环境变化动力学和预测理论研究,中层大气与遥感理论和技术研究,中小尺度天气系统和灾害研究。

  以上四个前沿领域既是国际大气科学研究的热点领域,又是国家社会和经济发展急需解决的重大问题,同时也是我所学科积累较深的优势领域。

  围绕我所创新目标和前沿领域,对科研结构进行了大胆改革和调整,打破原研究室、研究中心的界线进行重新组合,成立了四个研究部。即:气候系统动力学和预测理论研究部,大气环境动力学和预测理论研究部,中层大气与遥感理论和技术研究部,中小尺度天气系统与灾害研究部。

  1999年8月31日,制定了《大气物理研究所知识创新工程研究员岗位招聘实施细则》,按照创新岗位职数条件等要求招聘创新基地岗位研究员。

  为了做好知识创新工程启动阶段的工作,9月20日成立了大气所知识创新基地科学指导委员会,指导委员会成员有院士和部分学科领域带头人组成,曾庆存任主任。知识创新基地科学指导委员会是大气所根据创新工程实施和科研体制改革的需要自主设立的,它是一个临时性机构。

  9月27日完成所创新基地研究员招聘工作。首批招聘基地岗位研究员25人,平均年龄45岁。11月14日顺利完成四个研究部主任招聘工作。

  11月21日按院党组关于知识创新工程建设要求,根据我所创新基地建设方案的实施步骤,由所创新基地科学指导委员会和所领导组成项目评审委员会,对所级创新重点项目进行了公开答辩,以无记名投票方式选出了16项所重点项目。11月15日顺利完成创新基地副高级及以下人员岗位招聘工作。

  三、调整机构,改革运行机制

  创建新机制是社会主义市场经济条件下科技发展的必然要求,是调动广大科技人员积极性,搞好科技体制改革的重要基础,也是知识创新工程实施的重要内容。在机制改革中,为适应创新基地要求,所机关管理系统与相关支撑系统也进行了较大力度的改革。本着"精干、统一、规范、高效"的原则,机关管理系统由原来的8个处、办整合为四个处,即:组织人事处、综合处、科技处和计划财务处;机关实行定岗定编,设立基地管理岗位12个。按"公开招聘、竞争上岗、择优聘用"的原则,1999年9月招聘机关四个处长岗位,12月完成了机关及支撑系统副处及以下工作岗位招聘。管理人员由51人减少到24人。

  2000年3月,成立了大气所管理二部。管理二部由未进入知识创新基地人员中分流出来的职工、服务中心的职工和开发人员组成,主要从事后勤服务工作。后勤行政系统的改革以后勤社会化为目标,管理与服务分开,实行自主经营,自负盈亏,积极参与市场竞争,逐步向社会化过渡。二部对全所实行有偿服务,所里负担二部职工基础工资的70%,其余经过有偿服务取得。

  人事制度按照院统一要求,转换用人机制,在全所实行全员聘用合同制,250多人与研究所签订了聘用合同书。聘用合同制是一项崭新的用人制度,为了使这项制度能在全所顺利实行,所领导发挥职代会、工会的作用,对聘用合同书中的有关条例作了多次讨论修改,最后在所职工代表大会上以86%的票数获得通过。

  继续实行"三元工资结构"工资制度,职工工资由基础工资、绩效工资和岗位津贴三部分组成。把岗位津贴和绩效工资拉开档次,从政策上鼓励"多劳多得,按劳取酬",调动各类人员的积极性。

  四、人才培养和队伍建设

  (一)招聘科研岗位人员

  按照院知识创新工程试点单位人事、人才管理的意见,在人才队伍建设中,建立按需设岗,按岗招聘的用人机制。实行"公开、公平、公正"和"择优录用"的原则在所内外公开招聘。1999年9月至12月完成首批招聘工作,有136人受聘创新基地岗位,平均年龄38岁,其中科研人员119人,平均年龄37岁(研究员26人、副研究员32人、高级工程师16人、中级及其以下45人),有54人具有博士学位,23人具有硕士学位,科研支撑系统4人,机关管理系统11人。2000年8月至10月中旬在创新基地首批招聘的基础上,进行了第二次招聘。有研究员3人、副研究员12人、中级及其以下人员11人,共27人第二批进入创新基地岗位。至此,全所共有145人(包括国外引进人才)进入创新基地,其中研究员29人(包括"百人计划"2人)、副研究员37人、高级工程师16人、助理研究员36人、辅助人员12人、支撑系统4人、机关管理系统11人。

  按照院知识创新工程试点工作要求,创新基地固定人员编制与流动人员编制为1:1。我所基地编制180人,还可有180人的流动岗位。流动岗位主要以研究生和客座人员为主。我所进入创新基地的流动人员有170人,其中硕士研究生41人、博士研究生73人、博士后19人、访问学者和客座人员约40人。

  这是大气所进入知识创新工程试点初期,创新基地岗位和流动岗位人员结构情况,随着时间推移,队伍结构会有一些调整变化。

  1999年,赵思雄被选为欧亚科学院院士。2001年李崇银被选为中国科学院院士,洪钟祥被选为欧亚科学院院士。

  (二)吸引优秀人才

  人才是研究的主体,是出成果的关键。我们始终把吸引优秀人才放在重要位置。目前我所到国外工作的科研人员已有150多人,有一些人在相关研究领域做出了突出成绩。我所通过举办国际会议,人员互访和合作研究等方式加强与出国人员的联系和感情联络,激发他们对研究所发展的关注。知识创新工程实施后国家对科研投入显著增加,研究所条件有所改善,有不少留学人员表示出回所工作的愿望。我们抓住机遇,采用多种渠道为他们尽可能地提供较好条件。实施知识创新工程的一年来已从国外留学人员中引进四名有望成为学术领域带头人的杰出人才和二名赴日留学博士回所工作。此外,我们还从所外招聘了一名年轻研究员。

  (三)加强青年科技队伍建设

  知识创新工程队伍建设规划要求,在科研关键岗位上逐步形成老、中、青结合,以中、青年为主的年龄结构。我所历来重视科技队伍建设,把青年人才的培养、使用放在首位。现在我所年轻的科研队伍已形成梯队结构。一批青年脱颖而出,已成为各学科的学术带头人。例如穆穆研究员在国内外权威杂志上发表论文60余篇,曾获国氏博士后奖励基金等多项国家级奖励。王会军、张人禾、陈洪滨、朱江、王斌、胡非、宇如聪、钟青、王跃思、徐永福、刘小红等研究员当时都是35-40岁的一批科研人员。他们中有的是国家杰出青年科学基金获得者,有的纳入院百人计划管理,也有的是国家"百千万工程"第一、二层入选者,是院首批"引进国外杰出人才"。他们中不少人曾分别获得过院青年科学家奖,院杰出青年奖,赵九章科学工作奖,世界气象组织青年科学家研究奖,中国科学院自然科学一等奖,有些人还担任中级以上科研和行政管理职务。除此而外,郑循华、陈文、陆日宇、王自发、李建平、周广庆、林朝晖等一批青年研究员已担当起知识创新基地学科带头人的重任。一批新到所的博士也崭露头角。青年博士杨昕针对全球气候变化及地圈-生物圈物质循环的热点和难点"碳循环"问题进行深入研究并取得了一些很有科学价值的新发现,他攻博期间就发表学术论文7篇,其中2篇在国外SCI刊物上发表。近年来我所已涌现出一批45岁以下的博士生导师,基地青年研究员已占研究员总数的55%。近三年来由青年人主持和参与国家攻关、973项目、863项目、自然科学基金委等项目91项,获国家级、部级奖32项。我所已经形成一支由老、中、青组成的结构合理、经久不衰的研究队伍,知识创新工程实施后继有人,大气科学发展后继有人。

  为了给青年科研人员提供一个广泛的学术交流机会,我们每两年举行一次"中国科学院研究生暨全国青年大气科学学术研讨会",收到了很好的效果;近两年我所又促成了"海峡两岸大气科学学术研讨会",双年在大陆、单年在台湾举办。

  五、学术活动和交流

  在实施知识创新工程中,我所历来非常重视国际学术交流和合作研究。1999年以来,先后派出170多人次从事国际合作研究和参加国际学术会议。并积极主办或参与主办大型国际学术会议,如:1999年12月举办的南方持续发展科技委员会(COMSATS)的协调委员会,学术级别较高,路甬祥院长和各国许多著名科学家出席了大会。

  2000年11月我所与日本气象厅签署了"中日合作风送沙尘的形成、输送机制和气候与环境影响项目"实施方案,这是朱镕基总理访日期间与日本政府签署合作计划的一部分。

  气候模拟和预测中的物理数学问题国际学术论坛是由中国科学院、第三世界科学院和世界气象组织共同发起主办的高水平常设学术论坛,该论坛旨在针对全球面临大气候变化及其对人类和社会的可持续发展的影响展开深入交流和研讨,为世界各发达与发展中国家科学家提供科学论坛和合适站台。中国科学院院长路甬祥、第三世界科学院副院长Hassan和世界气象秘书长Obasi任论坛主席,曾庆存任论坛中方执行主席。三个发起单位于2001年9月在北京举行了第一届国际气候模拟和预测中的物理数学问题论坛研讨会。我所叶笃正、陶诗言、曾庆存、黄荣辉、吴国雄等院士和来自国际、国内该领域100多名知名学者和青年学子参加了会议。

  六、实施知识创新工程取得的进展

  大气所较好地完成了知识知识创新工程启动阶段的任务,实现了一期的创新目标,并取得了可喜的创新成果。

  1、我所竞争能力大大增强,争取国家重大任务和院创新项目显现出活力,2000年主持《国家重点基础研究发展规划》(973)项目有2项、课题1项,主持院创新重要方向性项目4项,主持中日合作项目1项,我所获自然科学基金资助额比1999年增近一倍,争取的研究项目增加。

  2、获奖的科研成果增加,继1999年获院自然科学一等奖1项后,2000年有2项分别获得院自然科学和科技进步奖。

  3、科研产出大幅度增长。1999年发表论文总数排名全国科研机构第十六、论文引用频数第六和SITP第十四,今年论文和SCI论文数目都有显著增加。

  4、人才流动开始出现良性循环。在人才继续外流(6人)的同时出现回流,百人计划招回4人,3人从国外归来。

  5、人才培养出现了前所未有的好势头。研究生生源在连续几年滑坡后,2000年生源数量和质量上均大幅度提高,博士生、硕士生、博士后招入数量均超过指标,招博士生34人(指标28人),硕士生24人(指标15人),博士后10人(指标3人)。

  6、国家重点实验室评估获得好成绩。我所科研人员和管理部门团结合作,努力拼搏,使两个国家重点实验室评估一个获优秀另一个获优良成绩,其中大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)实现四连冠,再登2000年地学领域评估第一名宝座。

  7、英文期刊《大气科学进展》获特别资助。我所主办的英文期刊《大气科学进展》在1999年被SCIE收录后,2000年又获国家基金委基金特别资助(全国5000多种刊物只有24个期刊获此殊荣)。

  8、研究所成为研究生就业重点保证单位。在被院认定为博士生重点培养基地后,我所2000年又被国家教育部认定为毕业生就业重点保证单位(全院只有九个单位入选)。

  9、科研工作也取得新的进展

  (1)气候系统动力学和预测理论研究 提出"季风-暖池-ENSO循环"相互作用理论、"大气热力适应理论"及气候系统的"算不准原理"。这些理论和观点在国际气候研究中具有较大影响;通过对我国旱涝灾害发生规律、成因的分析和诊断,提出了"东亚气候系统"概念和在预测实际中应用;全球海洋环流模式及热力学海冰模式研究有重大进展,提出了新的海气模式耦合方案;短期气候预测研究取得新进展,构建了一个基于海气耦合模式的ENSO循环预测系统。

  (2)大气环境和人类生存环境变化动力学和预测理论研究 建立了城市大气污染预报模式系统,与广州、上海有关部门合作,成功地进行了污染业务预报试验。预报因子包括二氧化硫,氮氧化物和总浮颗粒物。2000年10月,中国气象局和国家环保局联合发文向全国147个重点城市推荐该城市大气污染数值预报模式。沙尘气溶胶的物理、化学特性以及长距离输送过程研究取得了重要结果。去年4月对北京3次大的沙尘暴天气进行了气溶胶观测。分析结果表明,北京春季沙尘污染极为严重,沙尘暴期间来自远方的大粒子占了很大比重,绝大多数元素浓度在粒经大于16um处出现高值,远高于其他谱段的浓度,沙尘暴期间的粗粒子(d>2 um)数浓度是沙尘暴后的20倍以上,细粒子(d<2um)数浓度是沙尘暴后的7倍。开展了大气污染优化控制问题的理论研究,建立了城市大气质量非线性控制系统的动力学框架及其数值求解方案。

  (3)中层大气与遥感理论和技术研究 建立了"上对流层--下平流层"区域综合观测系统。建立了研究对流及相关问题的三维模式,研究了重力波的产生机理和过程。大气气溶胶光学遥感新方法与试验取得了若干重要突破,从理论上建立了国际上第一个参数化的、高精度的、适用于双向反射地表的向上辐射亮度和大气订正模式;建立了一个确定中国大气气溶胶光学厚度模式。首次研制成功基于微型自控飞机的边界层臭氧探测系统,获取了草原上空3-4km的臭氧分布资料。

  (4)中小尺度天气系统与灾害研究 频发性和突发性暴雨等灾害天气机理及预测理论研究取得重要成果。首次提出了由梅雨锋及副热带锋所构成的梅雨锋系的概念,给出了梅雨锋系的物理模型。弄清了在等压面上通过湿等熵线的分布对暴雨落区走向的控制及约束作用,为暴雨落区预报提供了科学依据和方法。提出了中β尺度涡旋结构天气系统的物理概念模型,发现造成突发性暴雨的中尺度涡旋结构系统的形成地点,为突发性暴雨产生地点的预报提供了关键性的线索。在冰雹形成机理和人工防雹新技术研究中取得了创新性成果,建立了三维冰雹云数值催化模式,在全国七个省份推广应用。用三维冰雹云模式,考虑云中各种粒子及其衰减作用进行散射计算,来模拟研究多参数雷达识别雹云问题在国内外还属首次。提出冰雹云"冰晶--过冷水--雹胚--冰雹"物理过程链的概念并做了系统研究。为人工防雹技术研究提供了理论依据。对我国人工防雹普遍采用的"累积带"理论提出了质疑,首次用三维冰雹云模式模拟研究了"累积带"和"利益竞争"理论,指出累积带理论并不普遍适用,应研究不同地区冰雹的形成机制和防雹机制进而研究催化技术。

  实施知识创新工程是我国科技发展史上前所未有的事业,改革科研体制,转换机制,从某种意义上说是一场深刻的思想革命。1999年下半年开展的"讲学习、讲政治、讲正气"的为期三个月的"三讲"教育为实施知识创新工程提供了思想保证。所领导开展的精神文明和创新文化建设,尤其是对法轮功的斗争也为出成果、出人才提供了良好的科研环境。

  时代在前进,社会在发展,面对国家经济飞速发展和实施知识创新工程的新形势,大气所将肩负历史重任,为我国大气科学迈向21世纪、跻身世界先进行列,努力把大气物理研究所发展成为亚洲乃至世界一流的国际大气综合研究中心而努力奋斗!

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