序言.4—空中水文学初探一书的他序

张学文，20190701

    由我和周少祥写的空中水文学初探一书（气象出版社，2010），除了自序外，还有他人写的一个序言。这就是丑纪范院士的序言。现在把这个序言贴于后面。借此机会，感谢丑纪范院士对我的科学探索的一贯的热情的默默支持。

==========

得知张学文先生有新作，我很高兴。

现代气象学以流体力学和热力学为理论基础，以全球实时气象资料作为初始场，以大型的计算机作为技术依托，以预报员的经验为补充，开展了天气预报等多种气象服务工作和理论探索，这已取得巨大成绩。数日内的温度、风力的气象预报比较准确是其重要表现。

从社会需要角度看，人们对于从空中降落的雨雪问题更为关切。2008年2月我国南方的雾凇、雪害和2009年莫拉克台风在台湾倾倒了3000毫米的暴雨都显示着“大气水分的野性”。认识空中水的规律性，以至利用空中水问题都是很迫切又进展缓慢的气象难题。

空中水仅占空气总质量的千分之几。研究大气运动规律自然不能以空中水为中心。但是，考虑到降水来自空中水；空中的水汽和云都对地球的能量平衡（辐射能、相变潜热能）有重要作用以及空中水更新很快（每年大约40次）等特点，所有这些都表明空中水的相对重要程度不能用它在大气中占的百分比来比拟。在这个认识基础上作者提出“空中水文学”这个名称，迎合社会需要和学术需要。张先生还认为 “地球水科学”已经有了地下部分（地下水科学）、地表部分（水文学），所以补上地上部分的空中水科学（空中水文学）也是顺理成章。而《空中水文学初探》一书的出版，宣扬了作者的这种主张。

张先生在气象部门工作多年，有接触实际问题的鲜活体会，又喜欢探索临近学科知识在气象上的横向应用。20世纪70年代他利用信息论知识，指出使输出的信息比输入的信息还多的天气预告方法是根本不可能存在的。这些新鲜的论点給我留有深刻印象。他与马力等人探索用统计物理学的分布函数概念对很多气象现象做定量概括，并且试图用熵最大原理说明这种分布。他们写成的《熵气象学》体现了他们横向运用知识的努力和成绩。

《空中水文学初探》使我们再次看到作者的努力。例如他从物理学知识那里提出自由大气中未饱和空气的比湿不具有保守性（不变性），而是随大气压力、水汽、温度的梯度而变化。这种认识突破了气象学关于空中水的理论思维空间。

近10年以来“开发空中水”几乎成为我国气象界的一个口号。可空中究竟有多少水分，空中水究竟有哪些规律等核心问题，并没有系统的盘算。张先生从学术上对它做分析，这也呼应了社会需要。他提出空中水数量可能是目前公认值6倍的观点值得关注。

本书固然没有展开介绍作者心目中的学科内容，但却把作者们特别分析的几个问题摆了出来。不能说我完全认同作者对这些问题的具体观点，但是我承认这些确实是重要的、需要探讨的问题。把这些问题汇集到“空中水文学”名下也有利于空中水知识的集中和一个独立知识系统的形成。

应当承认作者在本书中提出的新问题多于验证的问题。我们可以批评作者的努力不够，不过在提倡创新的时代，作者通过本书把问题摆出来本身就是积极的学术奉献。我们不能求全责备，积极的态度是热情审定这些认识，努力参与对应的验证工作。

“地球水科学”里应当包括“空中水”、应当有“空中水研究所”，这些提法都有道理。编写关于空中水的教材是张先生的愿望，我看我国学术、教育界是可以做这个事的。让水文、气象领域的业务人员在大学、中专的专业教育中获得系统的空中水知识，确实是一种社会需要。

丑纪范        

2009.11.21于北京  

（丑纪范教授系中国科学院院士）