簡介《創(chuàng)新話舊》（緣起）

　　本書談的都是往事，所以叫“話舊”。但不是什么往事都談，而是環(huán)繞在我2000年獲國家自然科學獎（1999年度，三等，1962－1997）中的8 個創(chuàng)新點上，所以叫“創(chuàng)新話舊”。這些創(chuàng)新點是我在微大氣物理中主要在氣溶膠物理等方面做出的一些成果。此前它們還曾分別獲得過三項國家教委科技進步獎，一項中國科學院重大成果獎，一項美國傳記協(xié)會國際文化榮譽獎。1998年，國家教育部地球科學專家評審組，對以上8個創(chuàng)新點，給予了很高的評價，稱之為“閃光的8個創(chuàng)新點。”又說我“歷35年之研究工作，有此大成！”（驚嘆號為評審意見原文所用）。

2000年，中國科學院大氣物理研究所的資深院士，我國天氣動力學和天氣預報的權威陶詩言先生，對我們這些成果也給予了很高的評價。他在給我的來信中指出，這不僅是我個人的光榮，而且，“這是我國大氣科學界的光榮” �！皽毓识�知新”，把這些經(jīng)驗總結一下應該是有意義的事。

　　昨天我滿71歲，不久前剛從工作崗位上退下來。長江后浪推前浪�，F(xiàn)在我也加入到這支已被“后浪”推下歷史舞臺的離退休“前浪”大軍中。然而我現(xiàn)在還能工作，一些朋友建議我繼續(xù)搞一些研究課題。經(jīng)過考慮，我現(xiàn)在決定開展另一類研究：從思想方法上總結我這一輩子的研究工作。這比我現(xiàn)在再繼續(xù)從事某一項具體的課題研究更有意義。我這一輩子從事的是大氣物理基礎理論研究，然而我的基礎并不好。1953年我考入北京大學物理系，被分配到物理系的氣象專業(yè)。在迎新的時候，老同學告訴我們，說我們是最幸福的一代。那時正值52年全國院系調(diào)整剛剛結束，學習蘇聯(lián)先進科學技術剛剛開始。老同學說，我們要學的將是，他們都沒學過的嶄新的全套蘇聯(lián)老大哥的先進教材�？墒呛髞聿胖�道，這是全套列寧格勒水文氣象學院培養(yǎng)天氣預報員的教材。結果我們學了很多上自天文，下到地理，雜七雜八的課程。而后來在研究工作中所需要的物理和數(shù)學基礎知識卻學得很少。形成了后來搞基礎理論研究時經(jīng)常感到的基礎知識的不足。另一方面，我們畢業(yè)參加工作以后，直到改革開放為止，正趕上以“階級斗爭為綱”的時代。政治運動接二連三，下放勞動鍛煉也很多。真正能從事科學研究工作的時間卻很少。加之理論工作在那個時代遇到的阻力更大。運動一來，首當其沖，就會被扣上“理論脫離實際”，“修正主義苗子”的帽子，承受著巨大的壓力，使人無法工作下去。此外，1971年6月以后又被迫從北京的中國科學院大氣物理所隨課題組集體搬遷，到了合肥中國科學院安徽光機所。那可真是連根拔，從編制到戶口，從人員到家屬，從課題到設備，一股腦地從北京搬到合肥。從此我的學術環(huán)境就發(fā)生了一個逆轉。因為大氣物理所和安徽光機所分別屬于地球科學和技術科學兩個不同學部，學術環(huán)境從大氣科學界一下子轉到光學界，專業(yè)從此就一直對不上口了。1979年10月到英國劍橋大學進修后又從光學界轉到流體力學界。1984年4月轉到南開大學后，又從流體力學界轉到理論物理界�？傊�，一生可說是漫游了四界。從1971年開始直到現(xiàn)在，我就陷入一種在非大氣物理學術環(huán)境中搞大氣物理的逆境。盡管不論在安徽光機所，還是在南開大學，都有許多領導和朋友們對我的工作給予了關心和支持，使我的工作能夠取得成果。對此，我要借著這個機會向他們表示深切的謝意。然而客觀上存在的，非大氣物理環(huán)境和大氣物理方向的基本矛盾卻一直無法解決，這就使得我們的工作，總是在一種很困難的條件下前進，事倍功半，形成不了學術梯隊和集體。就在這樣的不利條件下，居然能幸有所成，取得了如前所述的一些成果。這成果的總名稱是“微尺度大氣運動中氣溶膠物理等過程的研究（1962─1997）”，所含的8個創(chuàng)新點分別是：

　　(1)突破了斯莫魯霍夫斯基（Smoluchowski）的懸浮粒子對流碰并的軌跡分析法限制，建立了懸浮粒子對流碰并的統(tǒng)計理論（1984─1985）；

　�。�2）突破了斯莫魯霍夫斯基 的懸浮粒子兩種極限碰并理論限制，建立了懸浮粒子重力對流和布朗運動耦合碰并的統(tǒng)計理論（1990-1996）；

　�。�3）突破了巴切勒（Batchelor）1972單分散懸浮粒子沉降的統(tǒng)計理論限制，建立了多分散懸浮粒子沉降的統(tǒng)計理論（1982）；

　�。�4）從多粒子流體動力相互作用出發(fā)，對以上三項成果進行了系統(tǒng)、全面的總結，出版了一本英文專著：《The Fundamentals of Aerosol Dynamics》, World Scientific,Singapore,1996(氣溶膠動力學基礎，世界科學出版社，新加坡，1996)。這本書的出版標志著氣溶膠力學從經(jīng)典的富克斯（Fuchs）孤粒子動力學到現(xiàn)在多粒子相互作用下的動力學的新進展；

　　（5）澄清了對流暖云中湍流起伏場對云滴增長的作用，建立了對流暖云大云滴隨機增長的馬爾柯夫（Markov）過程理論（1965─1966，1987）；

　　（6）發(fā)現(xiàn)了湍流的不連續(xù)性，揭示出它和國際公認的柯爾莫果洛夫（Kolmogorov） 湍流理論中的物理模型有矛盾（1972─1978）；

　�。�7）建立了我國整層大氣湍流強度分布的一個模型，并發(fā)現(xiàn)在一定條件下， 它對我國遠程激光工程會有嚴重影響（1972─1982）；

　　（8）在系統(tǒng)、全面地總結以上氣溶膠力學的三項成果，以及湍流大氣物理三項成果基礎上，出版了兩本專著：《微大氣物理學導論》（科學出版社，北京，1989），《概率論和微大氣物理學》（氣象出版社，北京，1995）。這兩本書的出版，標志著對微尺度大氣運動的研究，從經(jīng)典的薩頓（Sutton）的微氣象學，發(fā)展到現(xiàn)在的微大氣物理學的新階段。

　　回顧往事，之所以能從逆境中沖殺出來，有幸取得這樣一些成就，就我個人的主觀條件而言，和自己在科學研究中的思想方法比較對頭有關。應該認真總結一下，這將是我送給后來者一項最好的禮物。我感到身處逆境恐怕不單是我一個人才會碰上的事。一個人一生都處在順境之中，這種幸運兒不敢說沒有，即使有也是極少數(shù)。大多數(shù)人一輩子恐怕多多少少總要碰到一些不如意的事，所謂“不如意者十八九”，“家家都有本難念的經(jīng)”。那么如何才能從逆境中殺出來，這本領卻是一般學校的課程中不曾講授。

在這個意義上，我希望這本小書能對后來者有所幫助。長江后浪推前浪，一代更比一代強。如果這本小書，對后來者的更加輝煌的事業(yè)，有所助益，那我就感到十分榮幸。

　　全書共十章。第一章是全書的總綱，這一章以研究工作中的思想方法為中心，做了全面的論述，包括了思想境界，研究方法和研究方向的選擇三個問題。并把8個創(chuàng)新點拆散了，揉進去講。根據(jù)講方法論的需要，也講了8個創(chuàng)新點以外的一些工作，其中也包括了有關的前人的工作。從第二章起到第九章，這八章則分別以8個創(chuàng)新點為中心，從方法論的角度出發(fā)，講述了它們各自的誕生歷程。這其中前四章講的是改革開放以后的，后三章則是改革開放以前的，第九章是個總結。為了使非本專業(yè)人員也能讀懂這本書，我們在這八章中每一章的開頭部分，都先講一下與這個創(chuàng)新點有關的基本知識，有關的術語和基本概念。科學創(chuàng)新不可能是無源之水，無本之木，它既有創(chuàng)新的一面，又有繼承的一面。因此，在這后面的八章之中，除了要先講一點ABC的東西以外，還要講一點歷史。這樣，才能看清這個創(chuàng)新點在學科發(fā)展中的意義。我們感到研究工作中的境界、方法、方向選擇等問題不僅在理工農(nóng)醫(yī)各科之中有共同之處，即令在文理兩大科之間，在社會科學與自然科學兩大類之間也有共同之處。我們在第一章的境界中曾引用了我國國學大師王國維先生的見解，在研究方法中引用了另一位國學大師胡適先生的經(jīng)驗就是證明。因此，為了使更多的讀者也能受益，我們在行文中將避開數(shù)學公式和數(shù)學推導，雖然這8個創(chuàng)新點之中有不少數(shù)學理論。在行文中我們將力求深入淺出，通俗易懂。以便使文、理、工、農(nóng)、醫(yī)各科人員都能讀懂它。第十章“更上一層樓”則是想超越我這8個創(chuàng)新點的經(jīng)驗，提出一些更有普遍意義的東西來。第一章講的問題完全是我個人從事大氣物理的基礎理論研究中得到的經(jīng)驗總結。所以肯定也有局限性。第十章就是想超越它，爭取從更高的和更全面的角度出發(fā)，來重新審視一下這些經(jīng)驗，以盡可能地為更廣大的科技戰(zhàn)線上的朋友們做些服務。當然，要實現(xiàn)這個宏愿是一件非常困難的事，所謂隔行如隔山。所以，肯定本書還會有不少缺點，錯誤和問題，敬請廣大讀者批評指出，不吝賜教，以便能進一步改進本書。謝謝。

　　本書蒙國際氣象學大師，世界氣象組織（WMO）最高聲望獎項：第48屆（2003年）國際氣象組織獎獲得者，中國科學院資深院士，原中國科學院副院長,中國氣象學會名譽理事長，中國科學院大氣物理研究所名譽所長葉篤正先生，中國科學院院士，中國氣象學會理事長，南京大學大氣科學系的伍榮生教授，以及長江學者特聘教授，上海物理學會副理事長，上海交通大學理論物理研究所所長馬紅孺教授做序，作者謹向他們表示衷心的謝意。本書的出版還得到了南開大學物理學院副教授張連眾博士的資助，作者謹向他表示衷心的謝意。我的中學和大學的老同學周孝安和許煥斌教授，以及氣象出版社蘇振生責任編輯分別閱讀了原稿，提出了寶貴的意見，改進了本書，作者也謹向他們表示衷心的謝意。南開大學的有關領導同意我們在本書的封面上使用，由他們熱情提供的學校校標，以及由李星皎拍攝的學校主樓和周總理塑像照片，作者在這里也向他們表示衷心的謝意。

　　溫景嵩2004/2/5初稿開始寫于南開園。

　　2005/5/5 定稿于南開園。

　　簡介《創(chuàng)新話舊》（章節(jié)目錄）

　　目錄

　　葉篤正院士序

　　伍榮生院士序

　　馬紅孺教授序

　　緣起

　　第一章 境界、方法和方向的選擇

　　1．1 四個境界

　　1．1．1 王國維的三境界

　　1．1．2 第一境“西風凋碧樹”

　　1．1．2．1 “西風”和“碧樹”的新解

　　1．1．2．2 如何才能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有理論的問題

　　1．1．2．3從理論體系自身矛盾中發(fā)現(xiàn)問題

　　1．1．2．4 從實驗中去發(fā)現(xiàn)問題

　　1．1．2．5來自工程實踐的問題

　　1．1．2．6 理論創(chuàng)新之路

　　1．1．3 第二境“衣帶漸寬”與第三境“驀然回首”

　　1. 1. 4 第四境 “西風再凋碧樹”

　　 1．2 正確的方法

　　1．2．1 胡適的大膽假設

　　1.2. 1. 1從哥白尼的日心說談起

　　1．2．1．2 斯莫魯霍夫斯基如何開辟懸浮粒子碰并過程研究道路

　　1．2．1．3弗瑞德蘭德假設的命運

　　1.2. 2 巴切勒的經(jīng)驗──把物理思想注入于數(shù)學之中

　　1．2．2．1 用物理模型化解數(shù)學難點

　　1．2．2．2 用各種近似化解數(shù)學難點

　　1．2．2．3 用各種變換化解數(shù)學難點

　　1．2．3 在研究工作中繼續(xù)學習

　　1.2．3．1繼續(xù)學習之必要性

　　1．2．3．2 要抓住重點

　　1．2．3．3要理解透徹,特別對概念問題

　　1．2．3．4 要勤于問人

　　1．2．3．5 要記兩遍筆記

　　1.3 選擇好研究方向

　　1.3．1 兩個人的三句話

　　1．3．2 從大方向一直到選題

　　1．3．3 一年磨十劍與十年磨一劍之爭

　　1．3．4 找大師去請教

　　1．3．5 投身于國內(nèi)外高水平的學術交流之中

　　1．3．6不要把“抱大西瓜”絕對化

　　1．4 致年輕的朋友們

　　第二章 創(chuàng)新點（1）──突破斯莫魯霍夫斯基理論的一個限制

　　2．1初到劍橋

　　2．1．1 第一批受益者

　　2．1．2 最大的障礙

　　2．1．3 倫敦的英語學校和巴切勒的否決

　　2．1．4巴切勒的“英語學�！�

　　2．2 一些ABC的問題

　　2．2．1 懸浮體，膠體，氣溶膠和云

　　2．2．2 單分散和多分散體系

　　2．2．3 懸浮粒子的碰并和膠體的穩(wěn)定性

　　2．2．4 對分布方程和皮克列特數(shù)

　　2．2．4．1 雙球模型

　　2．2．4．2 對分布函數(shù)

　　2．2．4．3 進入正題

　　2．2．5 斯莫魯霍夫斯基的軌跡分析法

　　2．2．5．1 軌跡法的成功之處

　　2．2．5．2 軌跡分析法的局限性

　　2．2．5．3 我們的想法

　　2．3 懸浮粒子對流碰并統(tǒng)計理論的誕生

　　2．3．1懸浮體力學與云物理的結合

　　2．3．2 初次的成功

　　2．3．3內(nèi)外域解匹配的難題

　　(點擊此處閱讀下一頁)

　　2．3．4 MLB方法的成功應用

　　2．3．5 戰(zhàn)勝戴維斯的挑戰(zhàn)

　　2．3．6 新理論的意義、檢驗和影響

　　2．4 再談“西風再凋碧樹”

　　第三章 創(chuàng)新點（2）──突破斯莫魯霍夫斯基理論又一局限

　　3．1 我的使命

　　3．2弱重力和強布朗耦合碰并

　　3．2．1 一個奇異擾動問題

　　3．2．2 王永光的貢獻

　　3．2．3 發(fā)表在巴切勒的《JFM》 上

　　3．2．4 檢驗弗瑞德蘭德假設

　　3．3 強重力和弱布朗耦合碰并

　　3．3．1 一個規(guī)則擾動問題

　　3．3．2 規(guī)則擾動的特點

　　3．3．3 弗瑞德蘭德假設的又一次失敗

　　3．4 中皮克列特數(shù)下的耦合碰并

　　3．5 檢驗

　　3．5．1 對低和高皮克列特數(shù)的檢驗

　　3．5．2 來自航天事業(yè)的關注

　　3．6 懸浮粒子荷電后的影響

　　3．6．1 氣溶膠與水溶膠的不同點

　　3．6．2 DLVO理論

　　3．6．3 對重力碰并的影響

　　3．6．4 對布朗碰并的影響

　　第四章 創(chuàng)新點（3）── 突破巴切勒單分散沉降理論的限制

　　4．1 從亞里士多德到斯托克斯

　　4．2 巴切勒1972年單分散沉降的統(tǒng)計理論

　　4．３ 多分散沉降理論的建立

　　4．3．１ 我的貢獻

　　4．3．2 杰弗瑞和大西善元的重要貢獻

　　4．3．3 揭開多分散沉降神秘面紗

　　4．3．3．1 兩個十分重要的參數(shù)l和g

　　4．3．3．2 高皮克列特數(shù)下的多分散沉降系數(shù)Sij特征

　　4．3．3．3 低皮克列特數(shù)下的多分散沉降系數(shù)Sij特征

　　4．3．3．4 高和低皮克列特數(shù)下的沉降系數(shù)Sij之間的比較

　　4．3．3．5 對分布pij和沉降系數(shù)Sij極限不唯一

　　4．3．4 檢驗和影響

　　4．3．4．1 來自自己人的檢驗

　　4．3．4．2 戴維斯和�？死镂炙沟木C合述評

　　4．3．4．3 高皮克列特數(shù)下沉降的實驗研究

　　4．3．4．4 第一次載入國際膠體科學的發(fā)展史

　　4．3．4．5 低皮克列特數(shù)下沉降的實驗研究

　　4．3．4．6 再一次載入國際膠體科學發(fā)展史

　　4．3．4．7 強大的生命力

　　4．3．5 粒子間相互作用勢的影響

　　4．3．6非極限沉降

　　4．4 小結

　　4．5 任重而道遠

　　第五章 創(chuàng)新點（4）── 氣溶膠力學的新發(fā)展

　　5．1 愛因斯坦等人開辟的道路

　　5．2 氣溶膠科學之父──富克斯

　　5．3 巴切勒的懸浮體力學

　　5．4氣溶膠力學的新發(fā)展

　　5．5 軟物質

　　第六章 創(chuàng)新點（5）──我的第一個理論創(chuàng)新

　　6．1 初入科學殿堂

　　6．1．1 時值1957年反右之后

　　6．1．2 下鄉(xiāng)與上山

　　6．2 轉折

　　6．2．1 《十四條》的到來

　　6．2．2 《十四條》與《SCI》

　　6．3 在顧震潮先生的領導下

　　6．3．1 投身于人工降水的飛行作業(yè)

　　6．3．2 人工影響天氣的進一步發(fā)展

　　6．3．3 建立湖南衡山高山云霧站

　　6．3．4 抓住云的微物理的中心問題

　　6．4我的第一個理論創(chuàng)新

　　6．4．1 早期云滴隨機增長理論的功過是非

　　6．4．2 我的“對流暖云大云滴隨機增長的馬爾柯夫過程理論”

　　6．5 在國際云物理舞臺上引發(fā)的一場風波

　　6．5．1 巴特萊特的發(fā)難

　　6．5．2 轉折點－萊塞姆的實驗

　　6．5．3 曼頓的新發(fā)展

　　6．5．4 萊德爾說：對不起

　　6．5．5 贏得了劍橋朋友們的喝彩

　　6．6 載入國際云物理發(fā)展史冊

　　6．6．1 兩度被載入

　　6．6．2 曲折的道路，光明的前景

　　第七章 創(chuàng)新點（6）──湍流不連續(xù)性的發(fā)現(xiàn)

　　7．1 我國第一顆原子彈的爆炸

　　7．1．1 組建了大氣擴散課題組

　　7．1．2 北京天堂河農(nóng)場實驗

　　7．2 “文革”爆發(fā)

　　7．2．1 “修正主義苗子”

　　7．2．2 兩度第一批“五七”干校生

　　7．3 重新發(fā)現(xiàn)北京實驗的價值

　　7．4 105組和搬遷

　　7．4．1 調(diào)入105組

　　7．4．2 搬遷合肥

　　7．5 引出光學界的一位大人物

　　7．5．1 來自河南某單位的請求

　　7．5．1．1 在逆境中堅持學習

　　7．5．1．2 初步的回應

　　7．5．2 王大珩先生來了

　　7．6 長春實驗的意外收獲

　　7．6．1 曾宗泳的重要貢獻

　　7．6．2湍流不連續(xù)性的發(fā)現(xiàn)

　　7．7 湍流研究簡史

　　7．7．1 普朗托的半經(jīng)驗混合長理論

　　7．7．2 G.I.泰勒的統(tǒng)計理論和均勻各向同性湍流理論

　　7．7．3 卡爾曼-霍沃思方程

　　7．7．4 柯爾莫果洛夫局地各向同性湍流理論

　　7．7．5 柯爾莫果洛夫理論的意義與問題

　　7．8 來自葉篤正先生的支持

　　7．8．1 碰壁

　　7．8．2 自己的摸索

　　7．8．3 沒有想到的事

　　7．9 故事還沒有結束

　　7．9．1 柯爾莫果洛夫自己的修正

　　7．9．2 鎮(zhèn)住劍橋人的人

　　7．9．3 弗里什跨國小組的工作

　　第八章 創(chuàng)新點（7）── 一個知識創(chuàng)新

　　8．1 為激光工程服務

　　8．1．1 知識創(chuàng)新與理論創(chuàng)新

　　8．1．2 現(xiàn)在輪到了我們

　　8．2 知識創(chuàng)新之一

　　8．3 知識創(chuàng)新之二

　　8．4 同樣強的生命力

　　第九章 創(chuàng)新點(8) ── 一門新學科分支的建立

　　9．1 物理學中的尺度

　　9．2 流體運動的尺度

　　9．3 大氣運動的尺度

　　9．4微尺度大氣運動的研究

　　9．5 微大氣物理學的建立

　　9．5．1 總結

　　9．5．2 變化萬千的世界

　　9．5．3 微大氣物理學的三大共同特征

　　第十章 更上一層樓

　　10．1 超越

　　10．2 葉篤正先生的一席話

　　10．2．1 重溫葉先生的話

　　10．2．2 張光直先生的例子

　　10．2．3 關于“選擇”

　　10．3 科學地“凋”

　　10．3．1 用科學的語言講

　　10．3．2 批判和繼承

　　10．3．3 另一種提法

　　10．3．4 中美教育之比較

　　10．4 靈感與其他

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