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2018年10月26日,是赵九章先生逝世五十周年纪念日。获巢纪平先生授权,在此贴出他撰写的赵九章先生传记。作为熟知赵先生的学生和下属,巢先生在文中全面地总结了赵九章先生在气象学、空间物理学、新中国的卫星事业等方面的杰出贡献和作为中国科学事业领导者的崇高品质和超凡人格魅力。
赵九章
(巢纪平 撰写)
赵九章(1907-1968)祖籍浙江吴兴,1907年10月15日生于河南县[吕注:似为河南省荥阳县], 1968 年10月26日不幸卒于北京。气象学家、空间物理学家。1933年毕业于清华大学物理系。1935年赴德国攻读气象学专业,1938年获博士学位,同年回国。历任西南联合大学教授。中央研究院气象研究所所长。中华人民共和国成立后,任中国科学院地球物理所所长,卫星设计院院长,中国气象学会理事长和中国地球物理学会理事长。我国动力气象学的创始人,开拓我国现代气象科学,地球科学和空间科学,开创我国的海浪观测研究。
赵九章是中国人造卫星事业的倡导者和奠基人之一,中国科学院人造地球卫星研制的主要负责人。1964年,根据国内运载工具的发展提出了开展人造地球卫星研制工作的建议,并在中国卫星系列发展规划和具体探测方案的制定,中国第一颗人造地球卫星、返回式卫星等总体方案的确定和关键技术的研制诸方面作出突出贡献。1985年获国家科技进步奖特等奖。1999年获中共中央、国务院和中央军委所授予的“两弹一星功勋奖章”。
一、简 历
赵九章出身中医世家,父亲一生行医,家庭清贫。他婚前在经济上得助于姑妈。妻子吴岫霞出身富俗的乡绅家庭,开明善良。
赵九章幼年就读于私塾,预备从事文学。在“五四”运动影响下,改学自然科学,立志科学救国。1922年9月,以第一名成绩考入河南留学欧美预备班,1925年考入浙江工业专科学校(浙江大学前身)电机系。1929年考入清华大学物理系,1933年毕业。当时主持该系工作的叶企孙教授意识到地球物理学对今后建设国家的重要性,推荐赵九章出国深造,并攻读地球物理学。赵九章通过庚款考试,于1935年赵进入柏林大学从师气象学家菲克尔(H. Von. Ficker)。
1938年赵九章获博士学位后随即回国。他没有凭仗有权势的上层社会关系涉足仕途,而到清华大学和西南联合大学当两袖清风的教授,并兼任清华大学航空研究所高空气象台台长。后经竺可桢教授推荐,主持中央研究院气象研究所工作,承担起继竺可桢之后中国现代气象科学奠基的重任。
1939年气象研究所迁往重庆,于1946年迁回南京北极阁,成为我国现代气象学研究的一个重要基地。很多著名的气象学家如叶笃正、陶诗言、黄士松和郭晓岚等都在该所从事过研究。
解放战争后期,气象研究所奉命迁往台湾,赵九章顶住压力,想尽各种办法,终于和所内科学家们一起留下来迎接新中国的诞生,为祖国气象事业立下不可磨灭的功绩。
中华人民共和国成立后,赵九章把一部分地震、地磁和地球物理探矿的科学家以及分散在各处的有关科学组织团结在一起,组建成中国科学院地球物理研究所。该所在赵九章所长主持下很快发展成一个出成果、出人才的科研机构。
1965年为发射我国第一颗地球人造卫星,中国科学院主持召开全国651会议,会后组织卫星设计院即651设计院,由赵九章担任院长。
赵九章1956年任国家科学技术委员会气象组组长,1958年和1962年连续两届当选中国气象学会理事长。
1955年当选为中国科学院学部委员(院士)。
二、发展近代科技的突出贡献
(1) 我国卫星事业的先驱者
1970年4月24 日,中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功,全世界为之瞩目,这是中华民族的创造智慧和拼搏精神所凝结而成的一颗“明星”。为了它,多少人精心构思和呕心沥血,原中国科学院地球物理研究所所长赵九章,以他渊博才学和远见卓识为之所创的业绩,使他成为我国卫星事业和空间科学的一位先驱者和创始人。
早在50 年代初,国际上在筹备“国际地球物理年”(IGY1957——1958)时,科学家们就有发射人造地球卫星探测空间的考虑。作为我国地球物理研究所所长、气象学家、IGY中国委员会副主席的赵九章,以其敏锐的洞察力,意识到人造地球卫星上天,将为地球物理科学的发展、气象科学研究和天气预报开辟新的局面。当苏联于 1957年 10月 4日成功地发射第一颗人造地球卫星后,赵九章除为之振奋外,多次应邀发表讲话、作报告、写文章,积极宣传人造卫星在地球科学发展中的意义和重要性。同时他开始了大量的调查研究工作,考虑我国如何发展以人造地球卫星为主的空间探测科学。
1958年,毛泽东主席在中共八届二次会议上提出“我们也要搞人造卫星”,这体现了中国人民的伟大气魄,也体现了我国领导人对科学赶超世界水平的决心。1958年7—8月间,中国科学院成立了581组,专门研究卫星问题、赵九章为副组长,组长是钱学森,另一位副组长是地球物理研究所党委书记卫一清。这个组经过反复讨论、综合分析,由赵九章提出总的方案,确定先从火箭探空搞起。
那时正值“大跃进”年代,日夜苦干,一两个月内就完成了这两种箭头模型,向国庆献礼,并参加了中国科学院自然科学跃进成果展览。毛泽东等党和国家领导人曾前来参观,当时造成很大影响。但是通过这一段工作,赵九章深深感到,冲天热情不能代替科学,作为展览模型已费了很大的劲,火箭要真正上天,工作还差得很远,对许多技术问题都要冷静地思考解决。正好当时中国科学院决定组织大气物理代表团去苏联考察卫星工作,从而以赵九章为团长,于1958年10月 16 日赴苏考察卫星工作。回国后,对比苏联和我国国情,经过认真总结和冷静分析,认为发射人造卫星要有强大的工业基础和很高的科学技术水平。我国空间探测事业要由小到大,由初级到高级发展,要立足国内,走自力更生的道路,根据当时国情,认为发射卫星条件远未具备,应先从火箭探空搞起,这是一条适合国情的技术路线。
1959年,赵九章带领同事们,着手落实火箭探空的实施计划。组织了箭头总体、遥测、雷达跟踪、天线、电源和环境模拟设备等探空技术的研制队伍;同时开展了中层大气、微流星、磁场、电离层、太阳辐射以及宇宙线等的空间探测器的研制。经过一年多努力,研制成了探空火箭箭头。1960年9月13日,由上海机电设计院科学家领导下研制成功的T—7型火箭发射升空。随后进行了多次探测实验,探测项目不断增加,探空高度不断增高,探空技术逐步成熟。
通过火箭探空的实践,在遥测系统研制和运行、雷达应答机定位技术、超短波色散干涉仪电波传播研究、多种空间探测仪器研究和箭头总体技术等方面,都取得了宝贵的经验,为以后的卫星研究打下了良好的基础。
自1959年到1961年底,中国科学院581组先后组成和完善了6个研究室,即火箭、卫星探测总体室,遥测遥控雷达跟踪研究室,中高层大气探测研究室,电离层研究室,空间光辐射研究室和磁层研究室。在火箭探空、卫星总体、空间探测器及其标定、卫星遥测、卫星遥控、卫星温控、卫星太阳电池电源系统、卫星天线以及卫星空间环境试验技术等方面的预研究取得了进展,并开始酝酿第一颗卫星的技术方案。
1964年10月,赵九章应邀去酒泉基地参观导弹发射试验。他除了参观发射外,还和搞火箭的人员座谈。在充分了解情况后,赵九章认为从运载火箭的条件来看,已可以把卫星工程提上日程了。于是赵九章在1964年12月在全国人民代表大会期间呈书总理,从发射卫星和发射洲际导弹的关系,人造卫星可直接用于国防或服务于国防,人造卫星的工作规模和尖端科学及工业的关系等方面论证发射人造卫星的重要性。并指出我国尖端科学力量已有相当规模,“1958年以来,中国科学院成立了一批与新技术有关的单位,一支科学技术队伍已经成长起来。从1960年起和五院合作,已成功发射了一批气象火箭,取得了高空风和温压资料,在探空技术上,取得了初步成绩。但这仅是我国空间研究的开始,我们还必须再接再厉,努力取得更多的成绩,为我们国防多做一些工作。从战备的观点来看,我国极须进一步准备发射侦察卫星、通讯卫星、气象卫星等工作。这是我国科学上继原子弹之后的一个重大任务,由于总理在最高国务会议上,曾提到要尽快解决运载工具问题,由于人造卫星和洲际导弹有密切关系,它的发射可以配合洲际导弹的发展,本身又可以为国防服务,并带动我国尖端科学技术。为此我特向中央领导提出这个建议。如果中央领导决定了发射卫星的计划,在国防科委及国家科委的领导下,军民合作,大力协同,像21号任务那样,把科学院、有关院校及工业部门的力量组织起来,相信一定可以提前完成国家这一项重大科学任务,争取在建国20周年前放出第一个人造卫星。”
赵九章的这封信,高瞻远瞩,结合实际,论据充分、清晰,体现了一位爱国科学家的真知灼见,受到周恩来的重视。
随之在1965年,中国科学院受周总理委托,组织各方面专家进行了一系列研究论证,完成了我国第一颗人造卫星方案。1970年4月24日“东方红一号”卫星升空!虽然当时赵九章己在文化大革命中不幸逝世,没有亲见看到我国第一颗人造卫星上天,但赵九章当年为我国开创空间事业的呕心沥血、鞠躬尽瘁的精神是永远铭记在人民心中的。
1999年9月18日中共中央、国务院、中央军委发布关于表彰为研制“两弹一星”作出突出贡献的科技专家并授于“两弹一星功勋奖章”的决定。赵九章荣获了这一颗奖章。
人民是不会忘记建设人民共和国的功臣的,赵九章的业绩永垂不朽!
(2)奠定气象业务化和科学现代化基础
新中国成立初期,我国气象事业十分落后,技术力量薄弱,远不能适应当时军事、经济建设的需要。当时任中国科学院地球物理研究所所长赵九章积极与当时全国业务领导机构军委气象局局长涂长望教授携手合作,共同组建联合天气预报中心和联合资料中心。这两个联合机构的建立,为新中国气象事业中两个最基本的分支(天气分析预报和气象资料)的发展奠定了基础,并培养了一批后来在气象科学方面取得出色成绩的科技人才。
赵九章十分重视与国民经济有关的应用科学的发展。50年代初,他派人到广东等地进行实地小气候观测研究,以种植防风林带等方式改变局地小气候,为把当时我国正需要又缺少的橡胶移植到亚热带地区创建了条件。50年代中期,国际上开始人工降雨研究,赵九章认为对于农业大国的中国来讲,这是一个重要的研究方向,于是积极倡议、支持这方面的工作,在顾震潮的协助下在黄山、衡山建立云雾观测台,并在西北以及其他各地进行人工降雨试验。在这些实际工作的推动下,我国的云雾物理从此开展起来。
赵九章也十分重视气象学的现代化建设,50年代初,他指出,从现代科学的发展来看,气象学是一门边缘科学,它一方面联系着当地的地理环境,有其地域特点,另一方面,则遵循着物理变化的法则,而与数理科学有共同性。同时,为进一步揭露天气变化的本质,必须广泛积累天气和气候的观测事实,利用现代科学的成就,进行分析研究,通过各个有关科学之间的相互渗透,促进气象科学的发展,于是,他及时提出气象科学要数理化、工程化和新技术化。我国气象科学发展到具有现代化水平,这一指导思想起着举足轻重的作用。
50年代初,计算机的问世使天气预报从定性向定量化的发展创造了条件,即可以应用计算机从解描写天气变化的流体力学方程出发,进行数值预报。他注意到这一发展方向后,在国内没有计算机的条件下,支持鼓励从国外回来的顾震潮应用手算的图解法解微分方程,并做出了24小时和48小时的天气形势预报,从而逐渐使我国的数值天气预报发育成长起来,并培养了一批科技力量,为60年代我国正式发布数值天气预报奠定了基础。
现代大气科学的发展除应用计算机外,需要遥测和遥感技术来取得常规方法和手段所不能取得的资料。赵九章十分重视把新技术应用到大气科学中,50年代中期,他支持应用空气动力学的风洞和先进的测试仪器研究大气湍流;60年代初期,他支持把激光技术应用于发展大气激光雷达,以及从观测开始推动我国的臭氧研究。
(3)创始中国动力气象学
1928年中国著名气候学家和地理学家竺可桢,在当时的中央研究院创建了一个小小的但生命力很强的气象研究所,开始了我国气象学研究。但在30年代中期以前,我国气象学基本上属于地理学范畴,描述性工作占绝大多数。我国真正把数学和物理学引人到气象学,解决气象学问题的第一篇文章,当属赵九章的“信风带主流间的热力学”。此后,他就不断地在中国把数学和物理学方法引入到气象学中来,如在1943年他发表的讨论摩擦层中风随高度变化规律的论文,就是用求解数学物理方程进行的;而且他不遗余力地引导后辈青年沿这个方向发展,譬如他和他的学生顾震潮合作的“蒸发方程及其新解”,以及在他指导下朱岗昆发表的“东亚大型涡能动力”等,都可以说明赵九章在发展动力气象研究中的努力。
赵九章于 1944年出任气象研究所所长,使他把中国气象学引上数理化道路有了进一步发挥作用的机会。这里有一个例子说明他对动力气象研究的造诣,这就是长波(又称行星波)的不稳定性概念的提出。1939年,美籍瑞典气象和海洋学家罗斯贝(C.G.Rossby)提出了现代气象学基础性的长波理论。1946年,赵九章指出,由于实际大气是斜压的,长波在斜压大气的状态下可以是不稳定的,即振幅将随时间增长而形成天气图上观测到的气压场的槽、脊分布和发展。这是现代天气预报的理论基础之一。长波斜压不稳定概念,是赵九章首先提出的,比美国气象学家查尼(J.G.Charney)的工作早发表了一年。当1946年赵九章访问芝加哥大学作这一学术报告时,引起国际气象学家们高度重视。在《中国大百科全书(大气科学卷)》中记载“公元1946年赵九章提出行星波不稳定概念”。
(4)开创我国海浪观测研究
在新中国刚成立不久,赵九章就提出中国是个海岸线很长的国家,对海洋的研究是十分重要的,并从需要和可能出发,选定海浪观测研究为突破口。50年代初与有关单位合作,在地球物理研究所组建了海浪组,他亲自指导我国海区海浪波谱的研究,在青岛建立海浪观测站,研制出观测设备和一整套观测分析仪器,以后毫无保留地把技术和观测分析系统移交给有关部门,为认识我国海域的波浪特征,开展物理海洋研究做出了奠基性的贡献。
(5)创建我国空间物理学
1957年,苏联成功地发射了人造卫星,我国也决定要搞自己的人造卫星,于是这位年过半百的气象学家又开始新的征途,创建我国的空间物理学。1959年,他首先在地球物理研究所组建了以开展空间物理研究为目的的磁暴组,继而筹建等离子体模拟实验室。虽然地磁与空间现象有一定的联系,但对空间物理本身,大部分人包括他自己都比较生疏,为此赵九章亲临第一线举办讨论班,又当老师又当学生,每个主要成员负责讲授一部分和自己工作有关的基础理论,而他则主讲刚自学的宇宙电动力学。等离子体实验室是在地球物理研究所大楼前面,是由一个自行车棚改建的,而就在这一简陋的实验室中,开展以国际著名科学家、诺贝尔奖金获得者阿尔文教授的等离子体模拟实验工作为基础的利用气体放电方法,开展磁扰动期地球辐射带变化的等离子体模拟实验这样国际前沿研究。
人造卫星上天不久的 1960年,美国范阿伦教授第一次发表了在地球周围存在辐射带的研究成果,因此辐射带研究成为当时空间物理的一个最新、最活跃的研究领域。刚投入空间物理研究的磁暴组,在赵九章指导下很快投入这一新领域的研究。当时国际上认为,在地球周围被捕获的大量带电粒子所形成的电流环,可在地面上产生磁暴。但带电粒子是如何进入捕获区的,捕获区能否打开使粒子自由进出,这在当时是一个未解决的重要问题。
于是,赵九章带领大家研究解决这个问题的途径。在调研大量文献的过程中,他以普通一兵的姿态一起和年轻人看文献、推导公式,他一旦学到一个新概念,总打电话叫室里的同志到办公室或家里,他家的小黑板也成了讨论和学习的重要工具。赵九章不顾自己有病的身体经常讨论到深夜,有时他的心绞痛复发,就从口袋里拿出几粒药片应付。他有严重的失眠症,一般安眠药已经对他不大起作用,就这样年过半百又有病的赵九章和二十多岁的年轻人一起忘我工作。通过辛勤的工作,在短短一年内,完成了“磁暴期间史笃姆捕获区的变化”一文,文章提出了在磁扰期间引起的地球磁场的变化可以使地球周围的捕获区打开,使大量带电的粒子进人到地球附近而被地磁场捕获。接着进一步以这个结果为依据,开展了磁扰动期粒子运动区变化的模拟实验,其结果与理论非常一致。1962年赵九章参加国际空间研究会议时,这些结果得到国际同行的好评。以后,在赵九章带领下,磁暴组的工作蓬勃发展,取得许多可喜成果。
1960年在磁暴组刚成立时,我国地磁科学基本上属描述性的工作。赵九章根据多年开展气象研究成功的经验,将数学物理引人到中国的地磁学研究中去,并吸收国际上开展空间等离子体模拟实验的经验,结合空间物理本身的特点,提出理论研究、地面观测、空间探测和实验模拟相结合的研究方法。1965年,赵九章在《中国科学))14卷11期发表的题为“辐射带结构及其在磁暴期间的变化的理论研究和模拟实验”的文章,充分体现了他提出的研究方法。
(6) 教书育人,不拘一格选拔人才
1938年赵九章回国后就担任了当时西南联大气象系教授,后为系主任。任气象研究所所长之后,还在当时的中央大学授课。50年代中国科学技术大学刚成立,在所系结合、全院办学的方针下,赵九章出任地球物理系(13系)系主任,并亲自主讲空间物理学。无论在学校里,还是在研究所里,他都非常注意对青年学生的培养。他培养出了大批优秀科技人才,不少直接受他教导或随他进行科研工作的同志都对我国气象学、空间科学或其他科学做出了很好的贡献。在他培养的两代人中,目前在世的仍有 8位中国科学院院士。直到现在,他的不少学生仍在科研领导岗位上发挥着重要的作用。
赵九章在学术上从不固执己见,鼓励学生发表不同意见,尤其赞赏能在学术见解上驳倒他的学生。如中国科学院院士、原大气物理研究所所长陶诗言受赵九章指导时,赵九章经常鼓励陶诗言提出不同意见,对陶的不同意见,赵九章总是认真考虑。中国科学院院士巢纪平,在60年代初还非常年轻,他写了一篇关于建立中、小尺度大气运动方程组的文章送给赵九章审阅,当时中、小尺度大气运动的研究刚开始,熟悉的人不多,而巢的文章写得过长,体系和条理都不够清晰。两个月后赵九章把巢纪平叫到家里说:“我看第一遍时不知你在说什么,想把稿子退给你,一想你还不是那种爱胡说的人,就把稿子放在旁边。放了两个月,又看了第二遍,才清楚你在说什么,当然这是一篇很重要的文章。”关于这篇文章,在《中国大百科全书(大气科学卷)》中写道:“公元1962年,中国巢纪平建立中、小尺度运动方程组。”赵九章这种爱护年轻人,帮助他们成长的精神,至今巢纪平铭刻在心,他为学报审稿时,从不轻易全盘否定的意见。
赵九章十分重视讨论班式的学术活动,活动不定期地在他的办公室或家里举行,1960年前后的困难时期,有时还在友谊宾馆的小学术会议室举行。赵九章自带茶叶,每人清茶一杯,就某一科学前沿问题各自先发表意见,然后他概括大家的意见,提出我们可以进一步做的工作。虽然在学术上的争论有时比较激烈,但从不影响彼此的良好关系。赵九章在学术上很民主,但对公开发表的论文要求很严谨,研究所的一些重要论文送刊前他是要亲自审阅的。当时大气环流数值模拟在国际上刚开始不久,有一位年轻同志利用当时国内很小的计算机做了一个在国内是首次的大气环流数值模拟试验,结果是相当不错的,但模拟风速成按计算机算出的结果写了10.11米/秒。赵九章阅后说,风速的观测误差至少是1米/秒,在计算结果中小数点后面还加上两位数,这有什么意义,把一些无用的数字写上去,看上去很严谨,实际上是不科学。从这一个小事也可以看到赵九章严谨的治学态度和对年轻人的严格要求。
赵九章非常爱才,对有才华的年轻人给以特殊培养和照顾。前任大气物理研究所所长、中国科学院院士曾庆存从苏联学成归国后,赵九章就关照一定要千方百计把曾庆存要到地球物理研究所工作。曾庆存来所后一度身体不好,他又关照所里给予特殊照顾。过去地球物理研究所其他有才华的人,如顾震潮等都受过赵九章的特殊关照。
赵九章不拘一格用人和培养人,这方面的例子很多。1951年地球物理研究所招进一批高中毕业生,他没有看不起中学生,而是大力培养他们之中的可造就之才。中国科学院院士、中国气象科学研究院名誉院长周秀骥,来所后在清华大学气象台做观测工作。赵九章先送他到北京大学学了几乎所有物理系本科的数学物理课程,1956年地球物理研究所派送留苏副博士研究生时,赵又极力推荐保送他。在当时一个无大学本科毕业学历的青年,要公派到苏联学习,这几乎是不可能的,但在赵九章的大力努力下,周秀骥去了苏联。1962年周秀骥获得了副博士学位归国,被定为副研究员,成为地球物理研究所云雾物理和大气物理这两门在国内新开创的分支学科的学科带头人。国家地震局地球物理研究所副所长许绍燮和在地震仪器制造方面有重要成绩的张奕麟等也都是这批高中生中培养起来的。
中国科学院院士、国家海洋环境预报中心名誉主任巢纪平,1954年毕业于南京大学二年制的气象专修科,分配到地球物理研究所任技术员,1956年写了一篇气流越过青藏高原的理论文章,深得好评。赵九章不顾阻力将他和另外几个年轻人,从技术系列改到研究系列,任研究实习员。1962年通过以华罗庚教授为主考的评议组的考核后,于1964年晋升为副研究员。
不拘一格选拔人才,突出的例子是对王宝根的培养。王宝根原来是赵九章的司机,赵发现他非常好学,是可造之材,就送他到北京工学院就读,并做了特殊安排,使他从北京工学院毕业,成了有专业知识的技术骨干。另一个例子是陈建奎,他原是一个工人,赵九章见他勤奋好学,在他没有学历的情况下,于1961年将他送到清华大学学习精密机械,毕业后当了应用地球物理研究所工厂厂长,后又成为中国科学院科学仪器厂的重要骨干。
将军一去,大树飘零。
壮士不还,寒风箫瑟。
这是赵九章常喜欢吟诵的诗句。他的遗体,不知是在哪里火化,在萧瑟的寒风中,他的骨灰不知飘向何方。但相信在九泉之下,他看到祖国科技的发展,特别看到空间事业的蓬勃发展时,他一定会带着春天来临的微笑。而他的精神也会像春风一样吹暖一代又一代年青科学家的心,紧跟着他的步伐为祖国科技事业的繁荣昌盛而奋斗!
三、赵九章重要论著
1. Jaw Jeou-Jang, Zur Thermodynamiu der Paeat, Gerundstromung, Abgedruckt aus Veroffentlichungen des Meteorologischen, Institutes der Universitat Berlin,Bd, II, Ht. 5, 1937
2, Jaw Jeou-Jang, The formation of the semi-permanent center of action in relation to the horizontal solenoidal field, Journal Of Meteoro. 3(1946) pp. 103-144
3, 赵九章,高空大气物理学,科学出版社,1965
主要参考文献
中国现代科学家传记,第三集,《科学家传记大辞典》编辑组编辑,科学出版社,275-282页
宋健主编,“两弹一星”元勋传(下),清华大学出版社,2001年,13-40页
[吕注:以上两书里关于赵九章先生的章节均由巢纪平先生撰写]
撰写者 巢纪平(1932-)中国科学院院士,曾任中国科学院地球物理研究所副研究员,大气物理研究所研究员,现任国家海洋局国家海洋环境预报中心名誉主任
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