按照《十四条》精神,人工降水工作对科学院大气所讲,不是目的,目的是带出云物理学科。因此,与开展人工降水的同时,甚至更早一些时候,大气所就开始筹建高山云雾站,以取得对云物理结构的感性认识。虽然我们开展人工降水飞行作业时,也同时在飞机上对云物理的微结构进行观测,但那不能有系统、有组织、有计划大量地进行。在当时条件下,只有建立高山云雾实验站,才能对我国云雾微物理特征进行有系统、有组织、有计划的大量观测。为此有关领导从当时苏联请来了一位高山云雾实验专家苏拉克维里泽(Сулаквелидзе Г. К.),经过他在我国各地考察选定了在湖南南岳衡山建立云雾实验站。他认为衡山的地形和云雾条件是他所见到的最理想的观测云物理结构的好地方。于是,我们这些前两年在朱岗崐和高由禧两位先生带领下登上了西北祁连山的青年人,现在又被召在顾震潮先生带领下登上了南岳衡山云雾之乡。不过那次在祁连山是搞融冰化雪作业,根本没有想到要带出什么学科,要出什么科研成果。而这次却有着明确的目的,要进行研究,研究我国云雾物理实际情况,要出科研成果。建立南岳高山云雾试验站仍然是在顾先生领导下进行。和在人工降水飞行作业相同,他仍然是既当指挥员,又当战斗员。当时的条件很差,山上没有粮,就要自己背粮上山。山上没有住的地方,就借住在和尚庙里。顾先生则和我们年轻人一样,一样爬山,一样背粮,一样住和尚庙,一样在高山条件艰苦,又常处在潮湿的云雾环境中坚持。至于实验场地,就借气象局的高山气象观测站。没有实验设备,就自己动手。还是土法上马,那时人们的政治热情都非常高,只要说是党的号召,人民的需要,马上就会挽起袖子来动手干。在顾震潮先生的领导下,很快研制出观测云雾的基本设备──三用滴谱仪,它既能观测云滴微结构(包括云滴的数密度和云滴随其半径大小的分布),又能观测大气凝结核和云中含水量。在动力上既可手动,又可电动,解决了当时的观测云雾的基本设备问题。几年下来,积累出我国第一批高山云雾微结构资料。顾先生又带领我们对这些来之不易的宝贵资料,进行了仔细认真的分析,得到了我国高山云雾微结构的基本特征,由科学出版社出了一本专刊,为开展我国云雾研究打下了初步基础。特别应当提一下的是,我的北大老同学许焕斌所作的贡献。他毕业以后被分配到中央气象局,然后被保送到苏联进修云物理。回国后,以中央气象局的专家身份参加了科学院大气所建设高山云雾实验站的工作。当时他还兼做苏联专家苏拉克维里泽的翻译,许焕斌教授的思想活跃,具有敏锐的物理洞察力。他对云雾站的贡献是多方面的。前面提到的三用滴谱仪就是他设计发明的。此外,他还是我国最早认识到云物理参数存在不均匀的起伏状态,并且会对云的微物理过程有重要作用的人。在衡山高山云雾站工作期间,他有意识地进行了一系列的云中含水量的连续观测,测出了第一批云中含水量起伏的数据,所得数据显示在层积云的底部,在几米到十几米的尺度上,云中含水量确实存在着起伏状态,起伏强度为10%到30%。这是非常宝贵的重要资料,然而当时人们并没有认识到许焕斌的这个工作的重要性而被停了下来,直到后来早期的云滴随机增长理论和我的“对流暖云大云滴随机生长的马尔柯夫过程理论”出来以后,才认识到许的工作重要性。不过这时他已回到中央气象局,他所取得的数据就由顾先生交给我整理出来,在1964年仍然以他的名义发表在《气象学报》上,1965年又发表在《中国科学》(英文版)上,应该承认这是那几年在南岳高山云雾试验站上所取得的最重要的成果。除此以外,顾先生自己也从我国自己的云滴谱,雨滴谱观测资料中,提炼出一个重要的科学问题,即与国际公认的单峰的云滴谱不同,它存在着第二极大,反映出一个尚未被人认识到的重要的微物理过程。虽然这问题的物理机制到现在还没有弄清楚,但这并不奇怪。一个重要的物理现象发现以后,常常需要几代人的努力才能搞清楚,例如我们1972年发现的湍流不连续性,到现在就还没有搞清楚它的物理机制,虽然这三十几年来,国际上有不少科学家对它绞尽了脑汁。因此应该说,顾先生从南岳高山云雾站资料中提出的滴谱存在第二极大问题,仍然是云的微物理中的重要进展。
顾先生带领我们搞云物理最大的功绩,就是引领我们抓住了云的微物理的中心问题──暖云中雨滴的形成问题。并进而抓住了当时国际上的焦点和热点,对流暖云中大云滴的形成问题。云物理中要研究的问题很多,从大的方面来讲,就分两大类,动力学和微物理。动力学又分积云动力学、层状云动力学,中尺度气象等。微物理方面则又包括气溶胶凝结核的核化,云滴,大云滴,雨滴,冰晶,雪晶,冰雹,起电,电结构,闪电,大雨滴的形状和破碎等许多问题。在这众多的问题当中,就微物理方面讲,中心问题就是雨滴形成问题,而当时国际上的焦点就是对流暖云中大云滴的形成问题。一个雨滴,从凝结核核化开始凝结增长成对流云的云滴,半径增大了两个量级(从0.1微米长到10微米),体积增加了100万倍。再从云滴开始长成一个雨滴,半径又增加了两个量级(从10微米长到1000微米),体积又增加了100万倍。这过程主要由云滴碰并完成,则可知道要有100万个云滴才能合并成一个雨滴,过程的艰巨性可以想见。如何解释自然界降水过程中,是什么因素推动着降水云中不断地从大量云滴里在足够短的时间产生足够量的雨滴,就成为云的微物理中一个中心问题。这一问题的难点是在如何穿越20-30微米半径区间,这一半径区间对凝结增长过程而言太大了,因之,靠凝结穿过这一区间要几个小时,对重力碰并增长过程而言又太小了,靠它来穿越这一区间需要十几个小时。这都无法解释自然界降水为什么可以在更短的时间内形成,特别是阵雨从云的形成到产生降水最快半小时即可。于是就吸引了众多的云物理学家进行了大量的探索工作,以求解开这个谜。1935年贝吉龙(Bergeron)提出了一个冷云降水学说。他的学说假定当云层伸展到相当高的高度时,在那里会出现大量的过冷水滴,在这种过冷云中,一旦出现少量的冰晶,则因为在冰水共存条件下,在冰面会出现非常惊人的高强度的水汽过饱和,当温度为摄氏-10度时,冰晶表面的过饱和度会达到10%,当温度进一步降到摄氏-20度时,冰晶表面水汽过饱和度会进一步加大到20%。而通常暖云条件下,人们公认的云滴表面的水汽过饱和度只有0.05%,比贝吉龙的冷云条件下的小200倍到400倍。因此,在贝吉龙的冷云条件下,过冷云滴向冰晶上转移凝华,使冰晶长大的速率,要比通常暖云凝结增长速度快好几百倍,完全可以解释阵雨的形成。1939年芬代森(Findeisen)发表了在德国的降水云观测资料,芬代森从数以千计的降水云的观测证明,其云顶温度都降到摄氏-20度以下,使贝吉龙的假说得到了证实。此后,人们就称为贝吉龙-芬代森冷云降水学说,这个学说得到了国际云物理界的承认。然而进一步的研究表明,欧洲的纬度太高。在欧洲以外的中纬度和低纬度地区,降水云层常常整个云体温度均高于摄氏0度,在这里,贝吉龙的冷云降水过程失效。而在我国开展人工降水、云物理的观测也表明,即使积雨云,云顶在冰晶化以前,当它还处于全暖的浓积云阶段就已出现了20─30微米的大云滴。对此,贝吉龙的冷云降水过程也无法解释。因此暖云降水问题就成为那时云物理国际舞台上大家所瞩目的一个热点,是当时的一个国际前沿课题。虽然在当时我国云物理还是一片空白,不仅我们这些年轻人没有在大学里学过云物理,就是顾先生等老一辈气象学家也没有学过。顾先生本人一直都在从事天气动力学的研究。他和叶笃正先生合作,对于“西藏高原对东亚大气环流及中国天气的影响的研究”,达到了很高的水平,因此而获得1956年度国家自然科学奖。它是我国大气科学界所获得的第一个国家大奖,也是“文革”前大气科学界所获得唯一的一项大奖。尽管如此,一旦国家需要顾先生还是毅然决然地放弃了他所熟悉的领域,带领我们这帮当时还毫无经验的年轻人勇敢地挑起了开创我国云物理事业的重担。他找来了当时英国著名的云物理学家梅森(B.J.Mason)1957年英文原著《云物理学(The Physics of Clouds)》(梅森的书,在1971年出了修订的第二版,1979年大气物理所的同行们把第二版的《云物理学》译成中文由科学出版社出版)组织我们学习。除此之外,他还找来大量当时国际上研究暖云中大云滴形成的文献,把它们分给我们这帮年青人,分头学习,然后各自向大家报告。轮到我报告时,我把所分到的文献的大致内容介绍过后,把它们评论了一番,这个也不对,那个也有问题,在我的评论下,它们一无是处。顾先生听了后挺高兴,认为我这个报告很好。接着又问我,既然人家都不行,那你自己有什么新的想法,我答不出,感到茫然。这是我的短处,我长于发现现有学说和现有理论中的问题,具有王国维先生所说的搞研究所需要的居第一位的“西风凋碧树”的精神,但缺乏找到新的办法来解决问题的创新经验,这是我的短处。