傅宗玫

地球大氣是一個(gè)極度復(fù)雜的流體。大氣中的水在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)之間不斷轉(zhuǎn)換，在不同地方成云致雨，形成干旱和濕潤的氣候區(qū)。大氣里還有上萬種其他化學(xué)物質(zhì)，有的能吸收陽光或紅外線使地球表面變熱，有的能反射陽光使地球表面變冷。

大氣科學(xué)研究兩大手段

面對(duì)大氣這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，我們?nèi)绾窝芯克兀看髿饪茖W(xué)研究人員有兩大手段：觀測和數(shù)值模式。我們研制各種各樣的儀器設(shè)備，裝置在地面，或搭載在氣球、飛機(jī)、人造衛(wèi)星上，測量大氣的物理化學(xué)性質(zhì)及其變化。科研人員們分析觀測數(shù)據(jù)，總結(jié)大氣現(xiàn)象，并對(duì)形成這些現(xiàn)象的過程提出假說?？墒?，大部分情況下我們不能對(duì)大氣做控制和對(duì)照實(shí)驗(yàn)，那么如何驗(yàn)證這些假說呢？這就需要大氣數(shù)值模式了。簡單地說，數(shù)值模式總結(jié)了我們目前對(duì)大氣物理化學(xué)過程全部的認(rèn)識(shí)，并以數(shù)學(xué)形式寫下來，成為一個(gè)近似于真實(shí)大氣的“模型”。我們可以用這個(gè)模型做各種“實(shí)驗(yàn)”來檢驗(yàn)假說。

例如，我們提出一個(gè)假說：人為活動(dòng)排放的二氧化碳是造成全球溫度上升的主因。研究人員用大氣數(shù)值模式做一個(gè)控制實(shí)驗(yàn)，其中大氣化學(xué)成分全部來自自然界;另外再做一個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，其中大氣加入人為活動(dòng)排放的二氧化碳。比對(duì)兩個(gè)數(shù)值模式的結(jié)果，就能檢驗(yàn)人為活動(dòng)排放的二氧化碳是否造成全球變暖。當(dāng)然，數(shù)值模式的結(jié)果必須和觀測相符。如果模式結(jié)果不符合觀測，代表這個(gè)“模型”還不夠好，與真實(shí)大氣還有差異，那么就需要進(jìn)一步研究大氣物理化學(xué)過程，改進(jìn)數(shù)值模式。

計(jì)劃趕不上變化

在大家的想象中，做科學(xué)研究是不是一件特別井然有序、一切按規(guī)劃進(jìn)行的工作？實(shí)際上，做任何科學(xué)研究，都要做好應(yīng)付突發(fā)狀況的準(zhǔn)備。特別是在野外做實(shí)驗(yàn)，總會(huì)有各種出乎預(yù)料的情況發(fā)生，考驗(yàn)著科研人員的危機(jī)應(yīng)變能力。

2015年春季，我們準(zhǔn)備在福建省平潭縣和金門縣，同步測量大氣顆粒物、霧和灰霾的物理化學(xué)性質(zhì)。有一天儀器突然測量到了特別高的顆粒物濃度，但沒檢查出儀器有任何問題。我們才發(fā)現(xiàn)當(dāng)天是農(nóng)歷初一，平潭當(dāng)?shù)孛癖娪蟹傧惆萆竦牧?xí)慣，產(chǎn)生的煙被儀器偵測到了。

按照原定觀測計(jì)劃，我們的研究重點(diǎn)是福建沿海4月份頻繁發(fā)生的大霧事件。可是那年4月，我們卻苦苦等不來霧。距離預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)束只剩下9天了，這天晚上，平潭發(fā)生劇烈的雷暴天氣，大風(fēng)把觀測艙的頂部吹掀了一個(gè)角，雨水乘隙而入。大家不得不冒著暴雨把精貴的儀器拆下來搬到安全的地方，并且提早結(jié)束了實(shí)驗(yàn)。

我們原本計(jì)劃第二年春天再到平潭觀測。沒想到的是，當(dāng)年夏天的一場強(qiáng)烈臺(tái)風(fēng)，把固定在屋頂?shù)挠^測艙，整個(gè)刮進(jìn)了海里。我們損失了整個(gè)觀測平臺(tái)的固定設(shè)備……由于研究經(jīng)費(fèi)有限，我們沒辦法重新建設(shè)觀測艙，不得不修改后續(xù)的研究計(jì)劃，從已經(jīng)得到的觀測數(shù)據(jù)中挖掘有用的信息。

所以，做科研不僅需要扎實(shí)的知識(shí)和技術(shù)，可能更重要的是靈活的思考和變通能力呢。

（責(zé)任編輯/劉京 ?美術(shù)編輯/胡美巖）endprint