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从叶笃正先生的研究生涯看其研究风格 精选

已有 4721 次阅读 2024-2-20 21:39 |个人分类:历史钩沉|系统分类:人物纪事

[注:明天(2024年2月21日)是叶笃正先生诞辰108周年。这是在去年10月16日纪念他逝世十周年会议上的报告基础上整理而成的一篇短文。风格、品味或者趣味,以及对其感受,都有相当的主观性。所以,文章里所写的,都只是我感受到的,并不要求别人也有同样看法。但科学之可以有主观性,恰恰是其可爱而吸引人的地方,也是我一直从事研究的源动力之一。想想如果科学必须是纯客观的,那该有多无趣,都交给机器做不就完了?]

叶笃正先生的科学成就已经广为人知。对于一位杰出科学家而言,其科学成就固然重要,但其研究风格往往决定了他之所以能取得那样的成就,因而对后人更具有启示意义。本文在简单概括叶先生研究生涯的基础上,结合具体例子分析他独特的研究风格,也许对年轻一代的科学工作者可以有一些借鉴和参考的价值。

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        [叶笃正先生研究生涯的五个时期。图来自Lu Jianhua(2023)From General Circulation to Global Change: The Evolution, Achievements, and Influences of Duzheng Ye’s Scientific Research  ;Atmosphere 202314(8), 1202; https://doi.org/10.3390/atmos14081202  ]

 最近笔者在一篇介绍叶先生学术成就的文章提出,叶先生的整个研究生涯大致可以分为五个时期。从1935年入学清华大学到1945年留学芝加哥大学之前可称为预备期,这期间他作为研究生发表了关于等熵分析的论文。其后第二个时期是1945年到他回国之间的芝加哥时期。在这期间,他作为芝加哥学派的重要成员发表了共十来篇文章,其中包括大气中能量频散、哈得莱环流、太平洋东北信风等多篇已经成为经典的论文。其后第三个时期从他1950年回国到1966年,是他在赵九章先生领导下和顾震潮先生等在中国的现代大气科学领域天辟地,取得多方面辉煌成就的时期。第四个时期是从1972年到1983年的转折时期,期间他承担更重要的领导任务,同时开始气候变化和气候动力学的研究。第五个时期从1984年一直到他逝世的全球变化时期,期间他作为国际上全球变化研究最早的倡导者之一和我国这方面研究的主要推动者,做了大量工作,提出了包括有序人类活动在内的前瞻思想。

 纵观叶先生的研究生涯,通过阅读他的著作,就我个人而言,可以感受到以下五个显著风格。

一是长于理论研究,但同时又不是象牙塔内的学院派。他一生最重要的科学成就主要集中在理论方面,但这并不意味着他对应用性研究的忽略和轻视。相反,在芝加哥时期他曾做过夏威夷降水的研究,回国后不久又做过黄河流域降水的研究。他非但不排斥应用性研究,反而强调理论应和实际相结合,一方面理论应当能服务于应用,同时也要从实际应用问题中发现、提炼出好的理论问题。

二是大胆理论创新和严谨科学论证之间的有机统一。叶先生的理论研究一般都有很强的超前性。例如国际上于1956年刚有人成功地实现了对大气环流积分一个月的数值实验,他和同事就于1958年在《大气环流的若干基本问题》一书中提出大气环流作为一个内在统一整体的观点。这并不是一个观点的简单宣示,而是建立对资料的大量分析计算和深入的理论分析基础上得到的有多方面具体内涵的前瞻认识。几十年过后从现在回看,叶先生当时所提出的观点,至今并不过时,而且定性上看基本是正确的。

 三是简约数学工具和清晰物理图像之间的有机统一。叶先生在学生时代受过系统的数理训练,从他那篇著名论文“大气中能量频散”即可感受到他的数理功底。但也正是对于这篇文章,他的导师罗斯贝建议叶先生应该少关注数学细节,而要聚焦在基本问题上。这一点后来很好地体现在叶先生一生的工作中。虽然作为数理科学的理论大气科学研究必须应用现代的数学方法,但叶先生的理论工作在数学方面,总是采取相对简约的方式,而物理图像则异常清晰,且他的视角和理论观点往往是前人所未见。这方面一个很好的例子是他提出的地转适应的尺度依赖理论,解决了前人对地转适应理论的争论。

 四是善于从局部特殊现象中寻找普遍性,从复杂多面性中寻找内在统一性。大气运动高度复杂,不同地域表现形式多样,往往容易让人迷失于局部细节之中而失去对整体和普遍性的把握。而叶笃正先生则不然。他从亚洲季风区大气环流的季节突变推测季节突变是北半球的普遍现象,并提出验证其物理机制的思想实验。而对大气环流系统成员众多,内部过程复杂多样的特点,他很早就提出大气环流内在统一的整体图像。这也同样体现在他在全球变化的研究中,比如他很早敏锐地认识到应当将对全球变化的适应和可持续发展有机地结合起来。

 五是在极其有限的客观条件下寻求突破的智慧和能力。叶先生的多个重要工作都不是在有充分资料条件下取得的。比如他曾经在寥寥不过十来个高空站单个冬季观测的基础上,发现西风急流绕青藏高原分为南北两支并在下游汇合的现象。从这些有限的观测数据出发,他敏锐抓住了大气环流突变、青藏高原地形对大气环流作用等重要科学问题,这些后来都发展为我国科学家对大气科学的重要贡献。他首次提出青藏高原在夏季为大气运动的热源,也是在很少几个台站非常有限的观测基础上通过细致的计算和分析才得到结论的。

科学是不断前进的事业,叶笃正先生所取得的成就也会如他所希望的那样被后人超越。但叶先生科学生涯中一以贯之的独特风格和理论品格将不会随岁月而失去光泽,而会反复被有志于科学的年轻一代所欣赏、学习和借鉴。



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