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在科技创新与科学普及中成长 精选

已有 4668 次阅读 2018-6-21 10:48 |个人分类:心得交流|系统分类:图片百科

 

在科技创新与科学普及中成长

习近平主席在今年的“科技三会”上指出:“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。没有全民科学素质普遍提高,就难以建立起宏大的高素质创新大军,难以实现科技成果快速转化。”这一重要讲话,不仅对于在新的历史起点上推动我国科学普及事业的发展意义十分重大,而且,也明确指出了科学普及对于科技创新的重要性。

为了庆祝大气物理所90周年,我愿意从我一生从事科学考察研究与科学普及的过程来谈谈科技创新与科学普及的密切关系,也算是大气物理科学科技创新与科学普及比翼双飞的点点滴滴体会吧。

1963年,我毕业于中国科学技术大学地球物理系大气动力学专业。毕业后,除了1964到1965年为我国国防事业研究东南亚高空风以外,一直从事科学考察研究工作。先后8次赴珠穆朗玛峰、5次赴雅鲁藏布大峡谷、19次赴北极、3次赴南极、4次赴西太平洋、4次赴天山山脉和横断山脉、1次赴亚马逊、一次赴东非大裂谷科学考察,撰写出版了《中国山地环境气象学》等三本科学专著和《探秘大香格里拉》等科普著作20余部,获得了1987年度国家自然科学一等奖和2017年度国家科学技术进步二等奖(科普类)。这应该是对于一位应用自然科学工作者的最高奖赏了。

 

照片1.获得1987年度国家自然科学一等奖证书

 

照片2.获得2017年度国家科学技术进步二等奖证书

 

科学研究的过程性

    根据自己从事大气科学考察研究的过程,我认为,对于应用科学而言,应该具有四重性。即,科学研究的过程性、科学结论的暂时性、科学结论的实践性和科学研究的社会性。然而,对于大气科学而言,科学研究的过程性更为重要。

科学研究的过程性是指科学家认识、适应自然界和人类社会等客观世界的过程。一般说来,这个过程至少包括实践-认识-再实践-再认识……的过程。这个过程循环往复,永无止境。显而易见,科学研究仅仅是一个过程,而且是一个永无止境的过程。

这里,以我们观测研究珠穆朗玛峰背风波过程和攀登珠峰的“早出发早宿营”规则认识过程为例来说明。

一、珠峰背风波动观测研究过程

1966年春天,我受命参加珠穆朗玛峰科学考察,研究室领导为我制定的考察题目是“珠穆朗玛峰天气气候考察研究”。

刚刚到达珠峰大本营不久,中国登山队气象组通过中国登山队与中国科学院科学考察队联系,再通过大气物理所陶诗言先生,让我在完成科学考察任务的同时,兼任中国登山队气象组副组长,参加攀登珠峰的登山天气预报工作,专门负责珠峰7到9千米高度的高空风预报。

这为我在考察研究山地气象学上开辟了一条走“理论与实践结合”的正确道路。

机遇来自基础   1966年2月,我随中国科学院珠峰科学考察队“冰川气象组”来到了珠峰大本营。一天,中国登山队气象组组长彭光汉邀请我和兰州大气物理所的沈志宝同志参加他们的登山天气会商。我和沈志宝都发表了预报意见。结果,我被彭光汉组长选上了,并任命我为登山气象组副组长,专门负责珠峰7到9千米高度的高空风预报。

 

照片3.中国登山队气象组组长彭光汉在珠峰大本营(1966)

 

现在回想起来,这要感恩于大气物理所前辈重视天气预报实践对我的培育。当年,凡本专业大学毕业生,必须在所里的“天气室”(在中关村地球所401办公室)实习三年,从分析天气图到天气预报当班,完全按照正规气象台天气预报员的要求实行。记得当时我们每周当班预报时,首先检查上周预报结果,寻找成功经验与失败的教训,再做出下周的天气预报。其间,我所前辈陶诗言、叶笃正、顾震潮、杨鉴初、朱抱真和潘菊芳等总会及时对我们的预报指出优缺点,并即兴讲解相关的天气系统特点。印象深刻,受益匪浅。

 

 照片4.陶诗言与叶笃正老师在一起

 

照片5.我们看望朱抱真先生(左2)

 

照片6.当时的天气室主任李玉兰与两个小孩在一起

也许,正是所里前辈潜移默化地教诲为我撬开了参加中国登山天气预报的大门,并一直坚持了几十年,让我走上“实践-认识-再实践-再认识”的大气科学研究道路。

登山实践提出问题  在1966年参加攀登珠峰登山天气预报中,一些老登山运动员向我反映,他们在海拔7000米以上攀登时,往往会遇到风速的剧烈变化,时而大风难以前进,时而小风好走,间隔只有几个小时。

科学观测证实问题  1975年,我带领3位南京气象学院的大学生来到珠峰大本营科学考察,又兼任了中国登山队气象组副组长。登山队政委王副洲把登山气象组的高空风观测安排交给我负责。在5月,我安排登山队气象组每天释放6到8个无线电探空气球,一方面给预报珠峰高空风提供依据,一方面想观测证实是否有高空风的剧烈变化。结果证实“的确存在”。

图1可见,1975年5月7日1点到15点,在珠峰海拔7000到9000米,高空风速出现3次巨变:01点,9000米高度的风速超过30米/秒,即,远远大于8级,不宜攀登;05点,9000米风速减小到12米/秒,非常宜于攀登;然而,15点,9000米风速又增加到30米/秒以上,完全不能够攀登。

 

图1.1975年5月珠峰大本营高空风随时间变化图

 

从实践到认识:科学观测研究分析高空风巨变原因  1980年春,我组在珠峰大本营观测研究背风波动,认识了高空风巨变的原因。如图2,原来,在珠峰背风波的下沉气流区域存在中小尺度高压,与大风伴随,不宜攀登;在背风波的上升气流区域存在中小尺度低压,伴随小风,宜于攀登。

 

图2.珠峰高空风巨变与中小尺度系统的关系

 

实践检验认识  1990年春,中国科学探险协会与日本热气球协会合作,进行热气球飘越珠峰的科学探险。我是中方考察队队长。根据合作协议,选点与驾驭热气球由日方负责,气象和后勤保障由中方负责。结果,日方坚持选点在海拔8000米以上的希夏邦马峰东南侧10千米附近,这正好是西北风时的背风波下沉气流区域,下沉气流不宜于热气球升起。尽管我好意相劝,希望改变热气球释放点。但日方不相信背风波动的规律,否决了我的好心建议。结果是,在盛行西北风的条件下,释放热气球,被强烈的下沉气流阻挡,本来只需要10多分钟热气球就可以升到海拔9000米高度,但却用了50分钟。最后导致热气球坠毁,两位日本驾驶员重伤,一位轻伤,热气球飘越珠峰的科学探险以失败告终。

从科学实践来看,此次热气球飘越珠峰探险检验了珠峰背风波的存在。

 

  照片7.热气球坠毁后,三位日本热气球驾驶者伤员被尼泊尔军用直升机送到加德满都

 

二、攀登珠峰的“早出发早宿营”规则

在1966年春季制作珠峰登山天气预报过程中,我常常接触中国登山队队员。 在相互交流中,登山队员往往会提到,在海拔7千米以上活动时,下午的风速比上午的风速大得多。有时,行走都非常困难。

登山队员为什么在海拔7千米以上才感觉到下午的风速远远比上午的风速大呢?其实,在珠峰北坡大本营,我们也经常感觉到“下午比上午风速大”啊!

回到北京后,我尝试研究青藏高原上不同海拔高度的风速日变化情况。

选择青藏高原上海拔1000米到珠峰大本营海拔5000米之间地面风速的日变化情况。结果很有趣,如图3,在青藏高原上,在海拔高度3000米到5000米之间,在春季,地面风速的日较差(即当地时间18时与06时地面风速之差)变化很大,即随着海拔高度升高,地面风速日较差迅速增大。例如,在海拔高度3600米处,地面风速日较差月平均值仅为1.2米/秒,在海拔高度4300米的月平均值为4.6米/秒,在海拔高度5000米的月平均值已达5.8米/秒了。即,海拔高度每升高1000米,地面风速日较差的月平均值会增大约3.3米/秒。若照此推论,则在珠峰海拔高度8000米以上,地面风速日较差的月平均值可达14.5米/秒左右。这与登山队员的实践非常一致。

1966年下半年,我在上述统计分析结果的基础上,进一步发现,尤其在宜于攀登珠峰的好天气时段,这种现象更为显著。即,在宜于攀登珠峰的好天气时段中,每升高1000米带来的风速日较差可增加3~4米/秒。由此推论,在海拔高度8000米附近,地面风速日较差可达15~18米/秒。

攀登珠峰的实践表明,宜于登顶的好天气时段当然要用在海拔高度8000米以上!

根据上面分析资料的结果,我在1966年底和1975年1月,曾两次书面向中国登山队建议:“……在登山季节(4月中旬至6月上旬),在珠峰北坡高山地区从事登山和考察活动时,一定要遵循近地面风速日变化特点,把《早出发,早宿营》的登山战术作为登山规则。尤其在宜于登顶的好天气时段,在海拔高度8000米以上活动时,更应严格执行《早出发,早宿营》的登山规则,以凌晨4时至下午4时为宜。”

中国登山队采纳了作者的建议,规定攀登海拔高度7000米以上高峰必须在早晨04点以前出发,16点以前宿营。在2003年中国登山队攀登珠峰的活动中,一些国家的登山队已经采用早晨01点从8300米营地出发,在12点以前登上顶峰。

1966年以后的登山实践证明“早出发早宿营”的攀登珠峰规律是符合实际的。

 

 

图3.在青藏高原上地面风速日变化随高度的变异

 

我的科学普及道路

1975年5月27日,中国登山队9名队员于当天14时登上了珠峰,拍摄了电影和照片,在珠峰顶部架设了测量珠峰高程的三角觇标,精确测量了珠峰高程为8848.13米;登山英雄潘多躺在顶峰近一小时,为我国高山生理学家测量了人体在世界最高峰的生理指标;登山队员采集了从峰顶到大本营不同高度的冰雪、岩石和生物样品,为中国科学家研究珠峰环境本底值以及监测珠峰环境变化奠定了基础。

此次中国登山队与中国科学家紧密合作的科学成果和科学精神深深感动了我国一代人。我国新闻媒体为此进行了广泛地、深入地宣传报道和科学普及。

在此大背景下,我也走上了科学普及的道路。

     科学普及报告

1975年,正值“文化大革命”期间,学校不知道如何上课。如何处理每天学生来校的时间,成了学校老师的“心病”。

一个偶然的机会,当时我所党办主任、中国科大校友邢国仁陪同我去北京十九中给同学们讲珠峰登山英雄故事和珠峰科学考察。

1000多同学来到学校的大操场,聆听我的报告。其时,没有多媒体,完全凭借扩音器口讲。我与中国登山英雄多次接触,感性知识非常丰富,心灵里留下了很多可歌可泣的故事。我从“为什么要再次攀登珠峰”、“攀登珠峰与科学考察的紧密关系”、“攀登珠峰中的登山英雄故事”、“珠峰科学考察的重要科学成果”以及“攀登珠峰中天气预报的重要性”……一讲就是两三个小时,同学们静静地坐在大操场上聆听,还不时为登山英雄的可歌可泣事迹热烈鼓掌。

当时,报告虽然没有报酬,没有鲜花,但同学们对我国登山英雄的崇敬和对我国科学家取得的成果,那是由衷地佩服。

就这样,口口相传,不少学校纷纷通过大气所业务处王遵级处长邀请我做报告。其时,还不知道这就是“科普报告”。在二三十场报告中,留下照片的只有北京市少年宫。那时,我被孩子们叫“高登义叔叔”,心里不知有多美。

 

照片8.业务处王遵级处长

 

照片9.1975年7月在北京少年宫做“攀登珠峰与科学考察”的报告

 

1999年上半年,在完成徒步穿越雅鲁藏布大峡谷后,中国科协组织了“全国百场科普报告”,我和徒步穿越雅鲁藏布大峡谷的队友杨益畴、关志华、李渤生等在全国多处宣讲徒步穿越大峡谷的考察成果以及穿越中的感人故事,深受欢迎。记得在北京大学和清华大学报告时,偌大的礼堂挤满了听众,过道上、讲台上和窗户上都挤满了人。

当时的报告题目有“徒步穿越大峡谷中的风风雨雨和酸甜苦乐”、“首次徒步穿越雅鲁藏布大峡谷”、“与天知己其乐无穷”、“再探峡谷之最”等。

2006年,我加入了《中国科学院老科学家科普演讲团》,曾经担任第二届副团长。科普报告足迹遍及全国(除了台湾外),科普报告场数逾千场。

其间,与青少年科普交流过程的收益和享受让我获得了科学的第二个春天。

 

   照片10.在《亲近地球三极展》上做讲解员(左起,毛如柏、叶笃正、邓楠、孙枢)

 

  照片11讲课完毕,孩子们上台排队提问题,我回答孩子们问题时的认真与快乐

 

照片12和孩子们在一起的欢乐

 

    撰写科普著作

我应邀参加科普书的写作大约是从20世纪80年代开始。第一本,记得是《大气物理学简介》,由大气物理所科学家撰写,科学出版社出版。我在其中撰写了一章,“青藏高原气象学”。第一本由我单独撰写的科普书是《极地探险》,由河南科学技术出版社1997年出版,是《中国科学探险丛书》中的一本。也是我的第一本获奖科普书,这套丛书于2001年5月经由中国科协、中国新闻出版总署、国家自然科学基金会和中国作家协会组成的“第四届全国优秀科普作品奖”委员会评审为科普著作一等奖。

 

   照片13.我的第一部单独撰写的科普著作《极地探险》

 

照片14.获得第四届全国优秀科普作品奖一等奖证书

 

科学普及与科技创新相得益彰

胡锦涛同志在2008年12月15日的讲话中指出:“科技工作包括创新科学技术和普及科学技术这两个相辅相成的重要方面。普及科学技术,提高全民科学素质,既是激励科技创新、建设创新型国家的内在要求,也是营造创新环境、培育创新人才的基础工程。”

通过科学普及,把最新科学理论和结果普及公众,很可能再重新提出新的科学问题研究,从而促进科学研究发展。

下面,列举两例说明。

一、雅鲁藏布江下游水汽通道作用观测研究

观测实践发现青藏高原四周向高原腹地输送水汽的最大通道作用  1983年,我们观测计算了沿青藏高原四周向高原腹地输送水汽的分布,发现沿着布拉马普特拉河—雅鲁藏布江河谷逆江而上的水汽输送是沿青藏高原向腹地输送水汽的最大通道。其输送水汽强度相当于夏季从长江南岸向北岸输送的水汽。而且与地学家、生物学家和社会学家合作,发现了这条水汽通道不仅改变了青藏高原东南部的自然环境,而且改变了藏民族的历史发展。

 

  图4.沿青藏高原四周向腹地输送水汽分布

 

新闻媒体的科学普及引起新的研究课题  在1998年徒步穿越雅鲁藏布大峡谷过程中,新闻媒体广泛地宣传、普及了有关雅鲁藏布大峡谷水汽通道作用对我国自然环境和人类活动的影响,引起了我国两位科学泰斗钱学森和钱伟长先生的关注。他们联名致函国家领导人,大胆建议,可否扩大雅鲁藏布大峡谷通道,增加向青藏高原腹地的水汽输送量,以缓解我国西北干旱状况。

诊断分析求证新的课题  两位科学泰斗之一专门给叶笃正老师打电话,阐述这个观点,并希望他支持。由于提出“雅鲁藏布江下游水汽通道作用及其对于自然环境和人类活动影响”是我和杨逸畴、李渤生教授在1987年B辑第8期《中国科学》上发表论文“雅鲁藏布江水汽通道初探”中提出的观点,叶笃正老师当面向我交待,要求我根据两位科学家的提议,认真按照两位科学泰斗提议的思维,进行数值诊断分析研究。 

为此,我与我的研究生蹇咏霄一起,花了两年时间,于2001年完成了“雅鲁藏布大峡谷地形变化与水汽通道作用研究”论文,这篇论文主要部分在我的专著《中国山地环境气象学》第三章中刊出。

结论是,即使把雅鲁藏布大峡谷扩大到100千米宽,并从大峡谷口到我国三江源地区改变地形为斜坡,选取历史上最强盛的西南季风年,这样的水汽输送也不能到达青海三江源地区。沿途水汽就会凝结为水降落,当然不能够到达长江和黄河源头,更无法达到缓解我国西北干旱状况。即,从气象条件和地形条件来看,这种设想不符合实际。

当叶笃正老师把我们的论文结论转告两位科学泰斗后,从此,再也没有人提出类似的设想了。

二、科学普及促进我国北极科技创新

2001年到2003年,挂靠在大气物理所的中国科学探险协会,在中国科学院和中国科协的领导下,依循《斯瓦尔巴条约》,求得企业赞助,邀请人民日报社、中国新华社、中央电视台和北京青年报等新闻媒体随队参加民间北极建站报道。

在这三年中,尤其是2002年夏天,中央电视台在“新闻联播”节目中,《人民日报》在重要版面上多次报道了民间北极建站的过程和科学成就,引起了国务院的重视,国务院于2003年7月批准了国家海洋局于1997年的北极建站申请报告,终于在2004年夏天,建立了中国政府的北极黄河站。

中国科学家依循《斯瓦尔巴条约》,借助我国主要新闻媒体的科学普及,促进我国政府加快了建立北极站的步伐,进而为中国北极科技创新奠定了基础。

 

  照片15.2002年民间建立的北极科学考察站

 

照片16.中国政府建立的北极黄河站(2004年)

 

     回顾中国科学院大气物理所90年来走过的科技创新道路,无不蕴含着“实践-认识-再实践-再认识”的“实践论”真理,这是我们必须坚持的道路。与此同时,我们更应该按照习近平主席关于“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。”的指示,加强科学普及力度,一方面培养更多的青少年热爱科学、参与科技创新活动,一方面通过科学普及来促进科技创造,相得益彰。




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