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【走进中科院兰州分院】 高由禧:高原气象学研究的先驱

19-05-09 08:38 来源:中国甘肃网—甘肃日报 编辑:吕庚青

  原标题:【壮丽70年·奋斗新时代 庆祝新中国成立70周年 百名记者走基层】 

  【走进中科院兰州分院】  

  高由禧:高原气象学研究的先驱

正在查阅资料的高由禧

高由禧与青年科技工作者一起研讨

高由禧参加国际学术交流活动

《西藏气候》一书

高由禧主持召开高原气象会战汇报会

  新甘肃·甘肃日报记者 秦娜 通讯员 李丽 王晶 刘晓梅

  青藏高原科学考察研究是我国最具特色的重要研究领域之一,在世界自然科学考察历史上具有独特的地位。因此,一代代科研工作者接力探索,努力破译“青藏密码”。

  当前,我国第二次青藏高原综合科考正在顺利推进,这也让很多人回忆起46年前的第一次青藏科考。当年,我国著名气候气象学家高由禧院士,带领老一辈科学家克服重重困难,取得了一系列重要科研成果,不仅填补了青藏高原气候科学研究领域的部分空白,而且将高原气象学研究推进到新的广度与深度。

  高由禧一生中对台风、东亚季风、青藏高原气象、西北干旱气候进行了深入研究,直接参与了两次世界瞩目的青藏高原气象科学实验,他是我国台风、季风天气气候学和高原气象学等研究领域的倡导者和开拓者之一。

  观风测云,探知气象变幻;励志笃行,追求科学理想。这一生,他从未缺席。

  1 生于乱世,心怀科学救国理想

  1920年2月14日,高由禧出生于福建省福清县龙田乡下河样村的一个贫苦农民家庭。父亲把从小喜欢读书的他视为家族的希望,全家节衣缩食供他一个人上学。

  中学时代的高由禧立志当一名教师,把文化知识传播给苦难的乡亲。高中毕业时,因父亲病故家中经济困难,他在母校融美中学当了一年教师。

  九一八事变爆发后,日本帝国主义的铁蹄踏碎了高由禧的梦想,他眼见国民党政府腐败无能,劳苦大众在战争和贫困中挣扎。深受科学救国思潮影响的高由禧认识到,为了国强民富、不受外强的欺辱,必须要提高科学文化水平、发展科学事业,因此他始终没有放弃继续读书的念头。

  1940年,高由禧考入重庆中央大学化学系。由于经济困难,他一边上学一边打零工,不料却染上了疟疾,虽然在朋友和同学的帮助下治好了病,但身体已无法支持长时间大量的化学实验。当时,他有幸聆听了竺可桢、赵九章、涂长望等教授的演讲,对气象产生了浓厚的兴趣,于是转入地理系专攻气象专业,从此与气象结下了不解之缘,并立志科学救国。

  经涂长望、竺可桢介绍,1945年底,高由禧到中央研究院气象研究所当助理研究员,在赵九章的指导下,开始了他的科研生涯,除研究工作外,他还负责天气图分析工作。研究所学风严谨,每两周由助理研究员轮流作一次学术报告,所里高级研究员在旁聆听,如果报告不好,往往会被严厉批评。不仅如此,当时研究所还要求用英文发表论文。良好的科研氛围深深吸引着高由禧,每天晚上,他守在油灯下读书,只想多学一点,多记一些。

  不久后发生的一件事深深地触动了高由禧。当时,他正在做的一个研究课题急需一些科学资料,可这些资料都保存在国民党空军部队。所长带着他去借,谁想到,接待他们的人说:“我们的资料嘛,用完后都送到美国去了,你们需要,就到美国去要吧。”至此,他才明白了,中央研究院不过是国民党的一个花瓶、摆设而已。他空怀报国救国之志,学到的知识却无实际用途。

  2 填补空白,投身国民经济建设

  即便在科研不被重视的环境下,高由禧仍然全身心投入到自己热爱的科研工作中。1948年,他发表了第一篇论文《东亚自由大气之运行》,开创性地论述了东亚环流的季节变化,首次提出中国有冬季风的概念。中国科学院在1954年编集1949年以前各学科代表性论文时,这篇文章被选进气象学一卷。

  “千里马”终有遇到“伯乐”的一天。这一天并没有让高由禧等得太久。

  1949年,新中国成立初期。华东军区接管了南京,陈毅司令员了解到科研单位的困难,在经费紧缺的情况下,为气象科研所调拨60万斤小米,作为购买地球物理探矿仪、地震仪、地磁仪和气象仪器的费用,并增加了人员编制。这让科研人员看到中国共产党发展科学事业、强国富民的决心。“有了共产党,中国才有了希望,科学才有了前途。”对此,高由禧深有感触。那一刻,他下决心把国家的需要、人民的需要作为自己搞科研的目标和方向。

  也就从上世纪50年代开始,高由禧进入了科研的“丰产期”。他在中国科学院地球物理所气象组与叶笃正合作,从事东亚气候研究。他领导一个小组研究东亚季风问题,那是继竺可桢先生1935年发表我国第一篇有关东亚季风气候文章以来,比较全面、系统的东亚季风研究。此后,这个小组发表了大量文章,取得了很多研究成果。

  其间,高由禧首次提出了青藏高原季风概念。他提出:除海陆季风外,全球还有南北半球季风、行星环流季风、平流层季风、高原季风等五种季风和相应的四种形成机制,以及哈德莱、瓦克和季风垂直环流等三种季风维持结构。研究还发现,在高原的热力作用下,在青藏高原上形成了一种独特的季风现象。夏季的高原为热源,其近地层为热低压,而冬季高原为冷源,形成高气压,与气压场相对应,在高原1000米的高空,形成一个冬夏盛行风向相反的季风层。这一发现对研究青藏高原及其周围地区的气候具有重要意义。

  这一新概念也被列入由《中国国家地理》杂志社和中国地理学会于2009年发起的“中国地理百年大发现”中。

  在科研上不断取得突破的同时,高由禧积极投身国民经济建设,服务国家需求。新中国刚刚成立就遇到帝国主义的经济封锁,当时橡胶是国内紧缺的生产物资之一,国内从来没有种植橡胶的记录,究竟能不能种?除了种植技术外,首先要找出我国有没有适合种植橡胶的地区。高由禧接到任务后,决定从气候的角度来解决问题。考虑到海南岛与产胶国印尼、泰国气候相近,高由禧利用气象资料对海南岛的气候特征进行了详细研究,指出海南岛的植胶、产胶在大气候上的问题所在,提出了利用不同地区小气候,扬长避短种植橡胶树的建议。

  1950年,为了抗美援朝,我国前线部队急需台湾海峡、朝鲜及东亚地区的台风预报,但掌握着太平洋地区气象资料的国家拒绝提供。解决台风预报的重任又压在了高由禧身上。没有当时的气候资料,他在历史资料中找规律,总结出台风的路径及其与天气型的关系,提出以地面天气型预报台风路径;以鄂霍次克和白令海上气统的变换加深,作为西风环流改变的指示和台风转向与否的指标等。这些方法现在看起来是很简单的,但在当时却是首次应用且行之有效的。

  为治理黄河,国家启动三门峡水库建设。1954年,高由禧等受中国科学院委派,研究了黄河流域降水的气候特征及其暴雨与旱涝的关系,创造性地应用了“相关性排表法”,对三门峡水库的设计具有重要的参考价值。

  在50多年的科研生涯中,高由禧始终秉承国家需求就是他的研究方向,身体力行,不断开拓和指导了气象学的许多综合研究工作。他提倡学科交叉和综合研究,积极引入和应用新思想、新方法和新技术,将理论与实践紧密结合,强调气象学要为农业、水利工程、国防建设和其他国民经济建设服务。

  3 扎根西部,推动高原大气研究

  1958年,中科院成立了改变西北干旱面貌工作组。为增加河西走廊的供水,高由禧率队参加中科院组织的融冰化雪队,奔赴祁连山进行人工化雪实验,并成立了地球物理研究所兰州地球物理研究室,负责管理兰州观象台业务。从此,高由禧的个人命运便与大西北紧紧地联系在一起。

  历经了“文革”磨难,1972年,高由禧从“牛棚”解放出来。1973年,中国科学院青藏高原综合科学考察队正式成立,他作为首席科学家,带领队员进行了艰苦卓绝的考察,积累了大量一手资料,取得了丰硕的科研成果。

  即便在今天,青藏高原严酷的自然条件仍然让人望而生畏,更别提是在那个本来就十分艰难的年代进行科考活动了。从交通到安全,从吃饭到住宿……样样都是难题。高由禧率领考察队在很多没有路的地方行进,冰川、雪山、悬崖、峭壁……经常是一个事故连着一个事故,考察队一次次陷入险境。由于舍不得使用昂贵的固体燃料,高由禧和队员们常常在后半夜被冻醒;在无人区,大家又经常面临没有饮用水的绝境。

  就是在那样恶劣的环境中,高由禧组织了南亚高压、青藏高原气候图集和青藏高原低涡三大会战研究。其中,我国第一本青藏高原气候图集全面揭示了高原地区地面和高空各气候要素场的平均气候特征,填补了气候图集中高原地区的空白。

  1974年,高由禧组建了中国科学院兰州高原大气物理研究所。从此,这里就成了我国西部大气科学与环境科学基础应用研究的主力科研机构。

  围绕高原气象研究,高由禧带领团队做了很多工作。《青藏高原气象学》《西藏气候》两本专著,就是那几年完成的。其中,第一本有关西藏地区气候的专著《西藏气候》一书,首次在高原上划分了气候带,对工农业生产和国防都有着重大的实用价值。1979年,他组织开展了青藏高原第一次大型野外观测试验,将我国高原气象研究推向了全新阶段。

  1980年,高由禧当选中国科学院院士,已过花甲之年的他依旧干劲十足。他说:“想趁自己眼睛还能看见,耳朵还能听见的时候,争取为国家多做一点工作。”

  在著名气象学家叶笃正院士倡议下,高由禧院士等主持了1988-1992年间的国家基金委和中科院重大项目HEIFE试验(“黑河地区地气相互作用观测试验研究”),这也是中日国际合作项目,中日双方数十所大学和研究所的近百名科学家参加了这个试验。试验以地气间水分和能量交换为中心,着重研究干旱区陆面物理过程,为改进其参数化提供观测依据,同时也为甘肃河西地区农业可持续性发展提供节水和合理用水的方案。当时那项试验的观测期之长、观测项目之全,是以往其他同类试验所没有的。

  正因为在全球变化研究中的重要意义,HEIFE试验一开始就备受国际科学界的关注,成为世界气候研究计划(WCRP)和国际地圈生物圈研究计划(IGBP)的一个组成部分。在高由禧等人的努力下,试验取得了一系列新成果。以系统的观测事实证实了绿洲的冷岛效应,临近绿洲沙漠的逆湿现,即夏季白天常常是绿洲有感热向下输送,临近绿洲的沙漠有水汽向下输送。这些结果揭示了绿洲地气相互作用及其对沙漠环境的影响。

  作为高原大气物理研究所的创始人和学术带头人,高由禧在机构组建和调整、研究队伍建设和学科方向确定等方面运筹帷幄,带领研究所不断壮大,逐渐发展成一支学科齐全,能够多兵种、大兵团联合作战的学术力量兵团。1999年,兰州高原大气物理研究所、兰州冰川冻土所、兰州沙漠所一起整合成立中科院寒区旱区环境与工程研究所。

  斗转星移,时光流转。如高由禧所言,“中国西部独特的高原大地形、稀疏的植被、大面积的沙漠和冰川冻土环境,给我们提供了研究陆气相互作用的绝佳场所。”

  2001年3月3日,高由禧院士在兰州去世。他一生战斗在科研第一线,为我国高原气象学的发展作出了卓越贡献。时至今日,他的学术成就和学术思想依旧启发和引导着后辈的研究工作。

  图片为资料图,由中科院西北研究院提供。

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