《从庐山云雾到南极臭氧:毛节泰院士的大气科学探索与科学家精神传承》

2025-06-26每日科技网

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  一、人物图谱:八旬院士的气象人生坐标

  86 岁的毛节泰教授至今保存着 1961 年庐山实习时的观测日志,泛黄的纸页上记录着东亚季风区云系变化的原始数据。作为我国大气物理学界的泰斗级人物,这位北大教授用近 70 年时间构建起 "观云 - 测雨 - 播撒 - 评估" 的完整科研体系:从庐山云雾试验的宏观观测起步,到南极臭氧洞的光谱分析突破;从自制云滴计数器的手工时代,到风云卫星数据融合的智能纪元,他的科研轨迹始终与国家气象事业同频共振。2024 年,当中国气象服务协会将风云成就奖颁给他时,颁奖词这样写道:"他让云朵说出降水的秘密,让卫星成为人工影响天气的眼睛。"

  二、科研原点:庐山云雾中的科学启蒙

  1. 云雾观测的方法论奠基

  1961 年盛夏的庐山,22 岁的毛节泰在长江南岸的群山中发现了气象研究的 "天然实验室"。作为中央气象局云雾降水试验组成员,他在牯岭镇建立的积云观测站,系统记录了东亚季风区积云发展的宏微观特征。实习日志显示,他独创的 "云系演变时间轴" 观测法,将云的生消过程到 15 分钟间隔,这种观测精度在当时的中国气象界堪称突破。"每天黎明即起,用望远镜追踪云团从鄱阳湖生成到庐山抬升的全过程,常常为了捕捉一个积雨云的发展错过饭点。" 这段经历奠定了他 "观测先行" 的科研理念。

  2. 仪器研发的早期探索

  1960s:自制 "转盘式云滴采集器",通过凡士林涂层捕获云滴,在显微镜下计数浓度

  1970s:设计 "天空亮度仪",用硒光电池测量不同方位天空辐射强度

  1980s:研发 "太阳光谱扫描装置",精度达 0.1nm,用于气溶胶光学特性研究

  这些手工仪器如今陈列在北大气象系荣誉室,成为中国大气科学自主创新的历史见证。

  三、技术突破:从威宁冰雹到卫星遥感

  1. 防雹基地的系统建构

  在贵州威宁的喀斯特山区,毛节泰带领团队完成了人工防雹的 "中国方案":

  雷达组网:将 3 部不同频段雷达数据融合,冰雹云识别准确率从 68% 提升至 92%

  催化模型:建立 "温度 - 湿度 - 上升气流" 三维作业指标体系,消雹效率提高 40%

  效果评估:设计 "对比试验区",通过卫星遥感与地面观测双重验证

  该基地运行 20 年来,使威宁地区冰雹灾害损失减少 75%,成为世界气象组织推荐的防雹示范工程。

  2. 卫星遥感的范式革新

  

技术维度 传统方法局限 毛节泰创新方案 应用成效
气溶胶反演 极轨卫星通道不足 静止卫星单通道湖面算法 全国气溶胶监测时效提升至 1 小时
水汽测量 探空观测时空稀疏 GPS 信号层析反演技术 水汽垂直分辨率达 100 米
云系识别 人工判读效率低下 风云卫星参数反演模型 作业目标云识别速度提升 10 倍

 

  四、南极科考:臭氧洞研究的中国贡献

  1988 年南极长城站的极昼期间,50 岁的毛节泰带着自制的太阳光谱仪连续工作 180 天,在 - 30℃的环境中完成了中国南极臭氧垂直分布观测。他发现的 "南极春季臭氧含量日变化规律" 被收录进《全球臭氧观测手册》,其研发的 "光谱差分法" 使臭氧浓度测量误差降至 2% 以内。科考日记中记录着这样的细节:"为了校准仪器,每天正午必须在露天手动调整光栅,手指多次被冻粘在金属部件上。" 这段经历催生了他后来主导的 "中国大气成分观测网",该网络目前已覆盖全国 32 个重点区域。

  五、科教传承:从仪器研制到人才培育

  1. 仪器创新的平民化理念

  毛节泰始终秉持 "科研仪器服务大众" 的理念:

  低成本方案:用废旧相机镜头改装成云滴观测仪,成本仅为进口设备的 1/20

  开源设计:将 GPS 水汽反演算法写成通俗易懂的 BASIC 程序,供基层台站使用

  便携化研发:设计的 "手持式太阳光度计" 重仅 1.5kg,适合野外流动观测

  2. 人才培育的长效机制

  基金捐赠:与夫人累计捐赠 70 万元设立气象人才基金,资助 87 名青年学者

  网课建设:80 岁高龄录制 15 集《人工影响天气原理》网课,全国超 3 万人次学习

  现场指导:退休后年均出差 120 天,足迹遍布全国 28 个省市的人工影响天气作业点

  六、精神解码:科学家精神的时代注脚

  在毛节泰的办公室,挂着两幅地图:一幅是中国云水资源分布图,另一幅是全国人工影响天气作业点布局图。这种空间叙事揭示了他的科研哲学 —— 将论文写在祖国的蓝天上。正如他在获颁风云成就奖时所说:"大气科学是一门需要耐住寂寞的学问,有时候为了验证一个播撒方案,需要等待数年的观测数据。但当看到干旱地区因人工增雨迎来丰收时,就会明白所有等待都有价值。"

  从庐山云雾到南极冰雪,从手工仪器到卫星遥感,毛节泰用一生诠释着科学家精神的三重维度:仰望星空的探索激情、脚踏实地的观测坚守、服务民生的家国情怀。当 86 岁的他仍在指导博士生分析的风云卫星数据时,人们看到的不仅是一位科学家的学术生命延续,更是中国气象事业代代相传的精神火炬。

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