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我与人影的不解之缘

  今年是中国开展人工影响天气工作60周年,也是我从事云降水物理与人工影响天气科研工作20周年,由衷感谢这20年引导我、关心我和支持帮助我的人影领域的师长和朋友们。

  20年前,当时还是南京气象学院(现为南京信息工程大学)研二的学生,李子华老师就将我送到中国科学院大气物理研究所,跟随黄美元老师从事雹云物理和人工防雹的数值模拟研究。周玲师姐手把手教我如何调试、运行冰雹云模式和分析模式结果,期间得到洪延超等多位老师的帮助。利用该模式开展过冰雹形成机制与催化防雹、对流云降水机制与催化增雨、气溶胶对云降水过程及高层水汽的影响等研究,发表过包括多篇SCI在内的近10篇研究论文。时至今日,我仍旧使用该模式做些机理和敏感性试验方面的研究工作,它是我研究对流云(冰雹云)物理过程和人工影响天气的重要工具。在中国科学院大气物理研究所学习半年后回到南气院,随后又在李子华老师带领下,先后到贵州威宁和河南唐河做冰雹外场试验。遗憾的是,期间一次冰雹过程都没有遇到,当时给我留下最深印象的除了威宁草海清澈的湖水,还有就是基层气象人对事业的热爱与地方政府对气象的高度重视。在中国科学院大气物理研究所学习的时光,虽短暂却充实,至今仍难忘怀。硕士毕业后就去了中国科学院南京地理与湖泊研究所读博,跟随濮培民老师做水生态和水环境研究,在玄武湖、莫愁湖、太湖与贵州红枫湖留下了许多实验的身影,和师兄弟们划着小船、种植水草、做观测试验,虽辛苦却也惬意。濮老师简朴的生活态度,对科学的热爱和严谨的治学精神深深影响着我。

  博士毕业后进入南京大学继续从事云降水物理与人工影响天气研究。南京大学是我国最早创建大气物理学专业的高等院校(1958年由徐尔灏先生创建),也是国内最先开展人工影响天气外场试验的高等院校。1959年,徐尔灏先生亲自设计并组织领导师生到皖南地区进行地面暖云人工降雨试验。这是我国第一个有科学设计的人工降雨试验,取得了巨大成功,至今仍是国内外研究人工降雨的重要引证。徐尔灏的弟子曾在回忆文章中讲述了那次试验的一些细节:“徐先生开创性地以黄山为中心,在方圆近百公里设置了百余个地面观测站……在试验期间,徐先生坐镇黄山宾馆小楼指挥,我紧随徐先生左右,经常将他的指示向下传达,同时又将下面100多个点的情况汇总之后向他报告,接受指导。当时徐先生经常工作到深夜,食宿也和我们在一起,没有教授架子,和蔼可亲。他部署工作,总是既提出要求,又给予方法,非常具体,可操作性很强。”国家科委高度评价了这一重大成就与贡献,将从法国进口的、当时国内仅有的两台高速照相机(每秒4000张)中的一台奖给了南京大学。1962年徐尔灏先生综合国际上人工影响天气科学的发展动态,提出了人工降雨随机试验的设想。1974年,叶家东先生继承徐尔灏先生随机化试验的思路,与福建省气象局合作,在古田水库开展了我国第一个人工降雨随机化试验—古田试验,成为我国有代表性的先进人工降雨科学试验,也是我国首次被世界气象组织认可备案的人工降雨科学试验计划,得到了WMO主管副秘书长和国际同行专家的广泛好评。正如叶家东在《人工影响天气的统计数学方法》一书前言中指出:“我国研究人工影响天气的效果统计检验工作首先是徐尔灏教授开创的,谨以此书表示纪念。”

  南京大学20世纪在云物理与人工影响天气的科研和教学中做出过重要成果和贡献,培养了很多杰出人才,有些至今仍活跃在云物理和人影领域。当我2002年进入南京大学的时候,原先从事云物理教学科研的老师们都已经退休,记得当时是怀着惴惴不安的心情接过云物理课程的教学任务,毕竟有3年时间没有钻研了,好在系里很多老师给予了很大帮助。回想来到南京大学的这15年多的时间里,得到了很多前辈和同行的关心与支持。例如,许焕斌老师,我每次和先生讨论都有新的收获,借助他的粒子轨迹增长模式,我们进一步模拟研究了雹云累积区里冰雹粒子的增长行为,并且发现超级单体风暴中还存在着一条绕着主上升气流区盘旋增长的冰雹增长轨迹。火箭高炮防雹增雨中的动力学效应,一直是许老师关心的问题,他也希望我能就此做些研究,还把相关的模式给了我,遗憾的是,到现在我也没时间好好琢磨这个事。吸湿剂催化近几年受到重视,我也在考虑如何从    数值模式的角度去理解吸湿剂催化有关的问题,胡志晋老师给了我很多建设性的意见,包括吸湿剂的可能作用机制有哪些、数值模式中如何处理催化谱、怎么理解催化效果等,估计是怕我记不住这么多内容,先生还把要点都手写在方格纸上,满满两页!

  近几年,各种类型的云降水物理和人工影响天气探测设备开始在国内广泛使用,除机载设备以外,还有微波辐射计、云雷达、双偏振雷达、风廓线雷达、GNSS/MET、GPS探空火箭、激光雨滴谱仪等多种地基探测设备,一个突出的问题是如何利用这些新型装备开展云降水物理研究并为人工影响天气业务服务。本科毕业那年,我跟着李子华老师做雨滴谱观测研究,没想到,毕业论文还能在《气象学报》上发表。那时常和李老师争论,到处观测雨滴谱有啥意义,都是“土豆”能有多大区别,通过这些年的观测,发现不同地区、不同类型以及不同强度甚至白天和夜晚的降水以及雨滴谱分布都是有差别的。于是萌生利用地面雨滴谱观测检测人工增雨效果的想法,就此问题也和毛节泰老师多次讨论过,在河北太行山东麓人工增雨防雹试验项目中也捕捉到一些信息。我相信只要增雨有效果,通过地面雨滴谱观测是可以检测出来的。现在全国已经布网降水天气现象仪,再加上一些省市原有的雨滴谱仪,密度很可观,充分利用好这些观测设备,对提高我国降水物理的认识、改进数值模式微物理参数化和雷达定量降水估测算法以及检测作业效果都有重要意义。

  南京大学十分注重与业务单位的交流合作,第一次人工降雨野外科学试验就是和安徽省合作开展的。我和黑龙江人影办最早接触还是在读研究生期间,李子华老师派我去黑龙江做雨滴谱观测,只可惜雨滴谱仪托运到哈尔滨就出了问题。在哈尔滨的那段时间,通过李大山主任和人影业务部门的同志们介绍,对人影业务有了一些基本的认识。后来跟随李老师先后到贵州和河南搞冰雹试验,对人影业务有了更深认识,那时就想做一套冰雹数值预报系统,可是到现在都没有实现。工作后,继续和省级人影办保持交流,一方面了解当前业务进展和需求,另外积极寻求合作机会,这几年有多篇文章都是和人影办合作完成的,可以说我的成长和进步离不开他们的支持和帮助。很多科学问题其实就隐藏在业务实践中,只是以前没引起重视。就拿人工消减雨来说,随着各级政府对气象服务保障的需求提高,对人工消减雨业务也提出了更高的要求,包括作业效果。正是因为参与南京青奥会和杭州G20峰会保障的经历,让我对人工消减雨相关的科学问题有了认识,萌生针对这一问题申请国家自然科学基金的想法,并最终成功。现在各省人影业务科技人员普遍年轻化,高学历所占比例也很高,他们能力强、有朝气、渴望进步,有些已主持国家和省部级重要科研项目,但多数还需要有经验的专家们去带一带,这点我是深有感触的。

  相比其他大气学科,云物理学与人影可以说算是小学科,但却受到越来越多的重视,很多外场观测试验都把云降水物理观测作为一项重要内容,利用人工增雨改善大气环境质量、重大活动气象保障和生态环境等。最近几年国际上开始讨论通过人工干预的方法改善气候问题(气候工程),甚至开始有人怀疑中国大规模的人工影响天气作业会对区域乃至全球气候产生影响。人工影响天气发展到现在,已经不单纯是云降水物理学的问题了。

  最后,谈谈对人影事业发展的几点建议。我觉得首先还是人才问题,这单纯靠院校培养是不够的。当前云物理学在院校也属于弱势学科,培养的专业人才较少,远远不能满足业务发展的需要,因此加强在职人员的继续再教育是一条解决之道。此外,建立适当的科研院所与业务单位的合作机制,尽快促进新成果和新技术向业务转化。最后,建议组织力量对云物理与人影重要科学技术问题开展攻关,争取若干年内我国人影科技水平能有显著提升,为社会发展和生态文明做出更大的贡献。

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