有人这样评《空中水文学初探》

张学文，20151001

昨天有人在我的一博客 http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-911306.html   中发表了31个评论（32-2），鉴于我一时难以回复，现在把原博客和评论贴于此，自然也欢迎各位评论。另外我的原博客也贴此.

《空中水文学初探》一书由气象出版社在2010年出版,著者是我和周少祥，由丑纪范院士作序。全书15万字，32开本，印1000册，定价15元/册。在各大书店都有售。

下面提供出版社给作者的电子版（PDF）。

在过去的“水文气象学”难以建立妥当的知识系统的背景下，此书以“空中水文学”命名，意在地球的水科学大框架下搭建它的三个基本分支：

为配合对降水的水分来源的一些分析的博客http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-906496.html系列的介绍。现在把该书电子版附后供参考。

[空中水文学初探].张学文.周少祥.扫描版 (1).pdf

[32]xg6226  2015-10-1 00:13

博主回复(2015-9-30 21:27)：作者一直是在地球水分守恒的认识下工作的。
在该书中没有正面讨论水分循环是一个弱点，但是第8章突出了作者的特别贡献，而哪里体现着水分平衡（守恒）。

对于这种回复，我们不同意。虽然第8章给出的水分守恒方程式也是正确的，可是那种没啥用。因为这种代数方程式，只能说明当下水分守恒，意义不大。真正有意义的是第5章给出的“水分守恒微商方程式”，根据不同的初始条件和边界条件，从中可以求解出无穷多种水分守恒的代数方程式。而且，当将它改为水分守恒积分方程式的时候，对于不连续的、存在各种不同介质物理分界面的时候，依旧可以成立。比如，能够计算地面和空气分界面上的水分守恒，还能计算海面和空气分界面上的水分守恒，……，等等。

31

[31]lxg6226  2015-10-1 00:05

另外，由于水分不仅存在于地下；也存在于天上。于是，导致“蒸发”这种自然现象，并不不是只有“地下水分才会蒸发现象”；而且还有“天上水分蒸发现象”，只不过是人肉眼太菜，从来都没任何眼力看见过“天上水分蒸发现象”啊！但是，这种没看到“天上水分蒸发现象”，却不等于对流层和平流层中就不发生这种“天上水分蒸发现象”。对不对？

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删除 回复[30]lxg6226  2015-9-30 23:32

博主回复(2015-9-30 20:54)：欢迎你把这些认识写得再细一些，我可以帮助你作为博客贴出。

很遗憾评论无法贴图，粘贴数学公式啊。在下20多年前当教书匠，那时刚好带“气象学”这门课。曾经在室外零下27度的严冬，带了一个班的学生到你的单位乌鲁木齐气象台参观，很多同学说快被冻死了。

删除 回复[29]lxg6226  2015-9-30 23:27

最后，我们的建议是希望博主，重写“大气水文学”。因为电子版的“[空中水文学初探].张学文.周少祥.扫描版(1).pdf”中的错误实在太多，在这里懒得一一例举。我们从中挑选了其中决定性和最关键的两点，阐述我们的批评意见而已。多谢博主回复，由衷祝博主健康长寿，“老骥伏枥，志在千里”。

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删除 回复[28]lxg6226  2015-9-30 22:59

综合上述可知，现在可以重新叙述我们对博主的第二个的批评意见：博主提出的这种具有创建和启发意义的“降水和蒸发方程式”的构造和讲述，可能是不正确的，虽然思路上很正确。

删除 回复[27]lxg6226  2015-9-30 22:57

如此以来，“天上降水函数”和“地下蒸发函数”就是上述希尔伯特两个相互正交的、平方可积空间中的“线性积分变换核”，可以假定所有的面积积分在勒贝格正交平方的意义下存在。这才是一种正确的数学建模方案。对不对？博主。

删除 回复[26]lxg6226  2015-9-30 22:52

在这里，当被应用到气象学和天气学中的时候，在上述的线性泛函积分方程式中，非负的权函数是一种实变函数，而且在该面积空间中是平方可积。权函数的改变相应于独立变量的替换。而且，这种可非负的权函数以等于1，或者说它和经度纬度构成的“面积积分”的乘积是面积元。

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删除 回复[25]lxg6226  2015-9-30 22:44

博主的这个方案，在“希尔伯特线性泛函几何学”中是一个有趣的特例。一个定义为点的（地理经度，地理纬度）上的可测集合上的实变函数，或者复变函数，理应是在权函数下的两个相互正交的、平方可积的，至少是在勒贝格正交平方的意义下存在。对吧？

删除 回复[24]lxg6226  2015-9-30 22:31

在给物理模型进行某种数学建模的过程中，千万不能违背自然界的物理过程，只能严格遵守哦。既然博主已经预先为本地设定了一片地理“经度积分”和“纬度积分”的面积乘积空间，当然，下一步理应就是要想方设法去掉这个面积量纲，构造一个无任何物理量纲的“面积密度概念”归一化方案才是上上策，对不对？这是因为将有任意多种的气象要素，天气变量，统统都发生在这块几何量化的本地“经度积分”和“纬度积分”的面积上啊。

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删除 回复[23]lxg6226  2015-9-30 22:24

不得不说，这是一个非常明显的败笔。描述本地的降水，怎么可以说成都是本地之外的蒸发呢？莫非本地不蒸发吗？同样，描述本地的蒸发，怎么可能全都能够离开本地转往外地呢？难道不驻留在本地吗？何况在蒸发过程中，始终都有凝结过程发生啊。这种凝结何尝不是一种降水呢？对不对？

删除 回复[22]lxg6226  2015-9-30 22:15

很遗憾地，博主走了另外一条数学建模的道路，引进了“水分辐合函数”和“水分辐散函数”，并将二者定义为：

水分辐合函数C(x,y)是描述当地降水的来源的一个函数。它说明x处每单位降水中有多少(权重)是来自y处的蒸发。

水分辐散函数D(x, y)是描述当地蒸发的去向的一个函数。它说明x处每单位蒸发中有多少(权重)是去了y处(在y处形成降水)。

删除 回复[21]lxg6226  2015-9-30 22:10

由此可见，围绕“降水和蒸发方程式”的数学建模，可以有两种不同的选择，一个是继续沿袭唯象热力学的做法，引入无任何量纲的“面积密度概念”归一化方案；另一个沿袭统计热力学的做法，引入一个无任何量纲的“面积概率密度概念”归一化方案，这两种不同的数学建模，都可以实现对“天上降水”和“地下蒸发”的定量描述。

删除 回复[20]lxg6226  2015-9-30 22:02

当然，也可以直接照搬吉布斯童鞋的做法，只不过是稍稍加以修改，引入一个“面积概率密度概念”这种概念，从而能够直接沿用统计热力学中的三种不同的概率分布函数，即孤立系统的分布函数（系综微正则分布函数），封闭系统的分布函数（系综正则分布函数），开放系统的分布函数（系综巨正则分布函数），直接去定量描述“统计平均天上降水量”和“统计平均地下蒸发量”。

删除 回复[19]lxg6226  2015-9-30 21:56

有了这种正确的伟大想法之后，跟进的工作当然是如何构造一个能够定量描述该区域内的“天上降水”和“地下蒸发”的函数了。19世纪美国的数学和物理学全才吉布斯童鞋的所不同的是在哈密顿相空间乘积内构造描述统计粒子的分布函数。为此，它的做法是引入了“概率密度”使得这种哈密顿相空间乘积可以归一化。在这里进行数学建模，当然可以直接山寨吉布斯童鞋的做法，引入“面积密度概念”，令地理“经度”和“纬度”的面积积分归一化。从而就可以引进各种不同量纲的任何物理量了。

删除 回复[18]lxg6226  2015-9-30 21:46

由于地理“经度差分”和“纬度差分”的乘积空间，当然就是本地的地理区域面积了。对于本地无穷小的一块面积，于地理“经度微分”和“纬度微分”都是热力学中的广延量，是所谓的“微分广义座标”，因此，博主天才地引进了这个面积积分，无疑这是一个值得点赞的伟大想法！

删除 回复[17]lxg6226  2015-9-30 21:30

我们为何要说博主的“降水和蒸发方程式”的构造思路上很正确呢？那是因为博主作为一个经验老道的气象预报员，非常正确地用本地的地理“经度差分”和“纬度差分”牢牢锁定了本地这片地理区域啊！作为天气预报，当然是预报本地这片地理区域上的“天上降水”和“地下蒸发”这两种相反自然过程。

删除 回复[16]lxg6226  2015-9-30 21:26

纠正笔误

其次，我们对博主的第二个的批评意见是：博主提出的这种具有创建和启发意义的“降水和蒸发方程式”的构造和讲述，

删除 回复[15]lxg6226  2015-9-30 21:26

其次，我们对博主的第一个的批评意见是：博主提出的这种具有创建和启发意义的“降水和蒸发方程式”的构造和讲述，可能是不正确的，虽然思路上很正确。对于任何一个地理区域而言，本地天气预报，当然在天气学的传统上，一向都片面地注重的本地的“天上降水”的预报，虽然本地的“地下蒸发”其实也是同等重要，往往决定本地今年的农业收成，以及林业收益和草场的牧业收益的高低。

删除 回复[14]lxg6226  2015-9-30 21:20

故而，我们对博主的第一个的批评意见是：博主在“[空中水文学初探].张学文.周少祥.扫描版(1).pdf”中非常不正确地严重忽略了“水分守恒定律”去奢谈于“天上降水”和“地下蒸发”这两种相反自然过程，不仅误导了所有的读者；而且也严重低估了，甚至可以说非常错误地低估了全球大气中的水分含量。至少，在我们看来，不无如此哟。敬请博主反驳为荷。

博主回复(2015-9-30 21:27)：作者一直是在地球水分守恒的认识下工作的。
在该书中没有正面讨论水分循环是一个弱点，但是第8章突出了作者的特别贡献，而哪里体现着水分平衡（守恒）。

删除 回复[13]lxg6226  2015-9-30 21:15

对于“天上降水”和“地下蒸发”这两种相反自然过程而言，只有参与地球水分全循环的天上的水分和参与地球水分全循环的地下的水分，才是“大气水文学”中有直接意义的水分，而且也是气象学和天气学有直接意义的水分。对不对？至于那些不参与地球水分全循环的天上的水分和不参与地球水分全循环的地下的水分，它们只对气候学、地貌学、地质学、土壤学、植物学、林业学和自然地理学才有极大的实际意义。对不对？

博主回复(2015-9-30 21:22)：地球的水科学把天上的地下的/地面的水分都包括了进去。

删除 回复[12]lxg6226  2015-9-30 21:11

为了确保“水分守恒定律微商方程式”的正确性，务必要将天上的水分一分为二：参与地球水分全循环的天上的水分和不参与地球水分全循环的天上的水分。类似地，地下的水分要将天上的水分一分为二：参与地球水分全循环的地下的水分和不参与地球水分全循环的地下的水分。

删除 回复[11]lxg6226  2015-9-30 21:08

这里需要注意的一个非常明显的事实是：不论是天上的水分；还是地下的水分，二者双双都是只有一部分的水分，才真正地参与了这种地球水分全循环。二者始终都有另外一部分水分，并不参与到这种地球水分全循环的过程中来。这个事实，刚好论证了“水分守恒微商方程式”的正确性哦。

删除 回复[10]lxg6226  2015-9-30 21:08

这里需要注意的一个非常明显的事实是：不论是天上的水分；还是地下的水分，二者双双都是只有一部分的水分，才真正地参与了这种地球水分全循环。二者始终都有另外一部分水分，并不参与到这种地球水分全循环的过程中来。这个事实，刚好论证了“水分守恒微商方程式”的正确性哦。

删除 回复[9]lxg6226  2015-9-30 21:04

纠正笔误：

因为凡是参与地球全循环的水分，即天上到地下的水分必然等于再由地下到天上的水分。根据“水分守恒微商方程式”来说，“天上降水”=“地下蒸发”。

删除 回复[8]lxg6226  2015-9-30 21:03

因为参与凡是参与循环的水分，即天上到地下的水分必然等于再由地下到天上的水分。根据“水分守恒微商方程式”来说，“天上降水”=“地下蒸发”。

删除 回复[7]lxg6226  2015-9-30 21:02

当我们将“天上降水”和“地下蒸发”认定是由“水分守恒微商方程式”一网打尽的时候，这就意味着：凡是参与这种天上到地下的水分；再由地下到天上的水分。二者是完全相等的！即凡是参与循环的水分，即天上到地下的水分必然等于再由地下到天上的水分。所以，“大气水文学”中的水分不是博主所说的少算了1/6，而是少算了海量的水分！对不对？博主。假如根据“水分守恒微商方程式”来说的话。

博主回复(2015-9-30 21:04)：？!

删除 回复[6]lxg6226  2015-9-30 20:56

只是博主非常遗憾地没这么做而已。

删除 回复[5]lxg6226  2015-9-30 20:56

根据博主先前提出的“水分守恒微商方程式”，已经可以完备地、定性定量地、准确、正确地描述这种天上“降水”和地下“蒸发”形成的这种自然水分循环的全过程啦。

删除 回复[4]lxg6226  2015-9-30 20:52

在我们的理解中，所谓的“降水”，就是博主试图创建的“大气水文学”中的水分流向地面的自然过程；而所谓的“蒸发”，则是“地表海洋水文学”和“陆地水文学”（但不包括地下水文学，即水文地质学在内，虽然地下水文学同“地表海洋水文学”和“陆地水文学”密不可分，但是，我们倾向将它看作是一种被地表吸收了水分，并不参与直接参与“蒸发”过程。）中的水流向大气的自然反过程。

删除 回复[3]lxg6226  2015-9-30 20:47

在这里，对于博主给出的“降水”和“蒸发”这两个传统术语，我们要提出不同的批评意见。虽然博主在前面给出了正确描述整个地球的水分循环正确的“水分连续方程式”，或者说是“水分守恒微商方程式”，但是很遗憾的是，在后面则完全丢弃了这个最为重要的方程式，注重定性描述整个地球的水分循环，实在令人扼腕不已，甚至是不可思议啊~！

博主回复(2015-9-30 20:54)：欢迎你把这些认识写得再细一些，我可以帮助你作为博客贴出。

删除 回复[2]lxg6226  2015-9-30 20:39

我们是跟踪台湾气象网站上对“大气水文学”的介绍，才来到科学网的。首先恭喜博主的这个史无前例的科学发现，并下了很大力气试图创建这门新兴学科。当我们这里下载了电子版的“[空中水文学初探].张学文.周少祥.扫描版(1).pdf”之后，很自然地把焦点锁定在重要且具有创建和启发意义的“降水和蒸发方程式”上了。感觉整个电子版明显跑题了，并没有将重心放在创建“大气水文学”这个主题上，让人很扫兴、很失望。当然，我们也深知创建这门新学科，难度很大。

博主回复(2015-9-30 21:02)：该书是初探，它立了标题，并且讨论了几个作者感兴趣/有突破的点上，它不是传统的教科书。
欢迎对其论题的质疑/评论和讨论。