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　　吴国雄先生在某次学术报告中说过，计算机做数值试验很容易，可以把青藏高原“搬来搬去”。

　　没错，小小键盘可做的事情很多，可以轻而易举让偌大高原凭空消失，水平位移，做垂向高低度处理，借以达成推演目标，自然界从几十万年到几千万年的工作，可在电脑屏幕上于瞬间呈现。回头再看青藏研究数十年，或者上溯一两百年，以方法手段论，若问哪一点变化最大？可以列举很多，可是没有什么改变能比计算机的加入、数学模型的普及更大——不分哪一专业，几乎涵盖所有学科：从事古今地理、气候、环境研究的冰芯、湖芯、树轮、土壤层、现生生物古生物微生物微化石，以至有机无机的物理化学，以至服务于当下现实的或增收或减灾各项应用研究者，全无例外，莫不如是。与其说是工作方式的丰富和更新，更可说是思想方法的改进与升华。然而比较之下，所有学科的数字化程度，全都不及大气科学的海量数据处理：一人一电脑，唯数据是瞻，“海量”名副其实。

　　这个印象是在刘屹岷办公室、“一个学生的课堂”上强化的。对本人所提初级问题，小刘老师边讲解，边演示，不时起身指点世界地图，让大龄学生感叹“这样啊，这样啊！”直觉他们置身“太虚幻境”，所面向的既空空如也又无处不在，广及寰球北半球亚细亚全中国，又细致入微到电脑屏上密布的小格点——精细化研究的需要，将全球纳入视野，按每格数十、十数公里画线联网，现在可以做到个位数了。不过刘老师也说了，并非越小越密越好，那样的话硬盘也会吃不消；格点大小各有用途，几公里小格专为局地或短期天气预报设计。

　　另一印象是系统化、专业化、室内为主的工作方式。通俗说来，这个团队不必在野外建自动气象站，或者去放飞高空气球，这从实验室名称看得出来，“大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室”（LASG）。当然了，即使像青藏所马耀明团队以野外观测、捕获数据为主，现在也有高端仪器设备代劳，何况这个从事动力学基础研究的团队呢！搬演高原，模拟风向，刘教授所讲多个试验，有几个是我格外感兴趣的，在转述之前，有必要约略交代两个背景，一是数值模拟来历，二是“大地形”研究怎样发展起来。

　　数值模拟，同义词数学模型、计算机模型，自20世纪20年代由人工运算的天气预报数学模型问世以来，近百年大部分时间里名声不太响亮，使用者寥寥，皆因运算和演示工具没跟上。待到电脑出现，方才推广开来，随其升级而普及。1957年叶笃正先生开创青藏高原大气科学时，所借助的还是少量的场地观测及实体的转盘模拟，再通过大量物理定律和高等数学演算推导，得出大地形热源说供后人深入探讨验证，实在了不起。

　　用计算机为青藏高原建模的第一人，正是前文提到的真锅淑郎。20世纪60年代计算机还算新生事物，还是黑白屏时，这位美籍日本学者已在尝试，只是限于某些学科及技术瓶颈，直到1974年总算大功告成。他在数值试验中揭示出地形对大气环流的作用，所借助的，正是大气环流各在有、无高原时的行进路径模拟：如果青藏高原不存在，那么这一地区上空的气流将会怎样；高原存在，其上气流如何变化，如何影响到周边地区风向和降水。虽然此君在这一领域小试锋芒后即转向温室气体研究，走向全球变化前沿，并因二氧化碳研究享有国际声誉、荣获国际大气科学最高奖等等，但他在青藏模型原创方面的功劳，仍不时被人提起和称道，沿着他早年蹚出的路径继续前行的，国内外不乏其人。从当年的兰州大气所到当下的北京大气所，有、无高原的模拟仿佛必修课，当然并非简单重复，向之填加的各参量要素，更复杂更精确，所要说明的问题，更多元更丰富，因而是一个不断完善的过程。20世纪90

　　年代吴国雄团队创建的“大气环流谱模式”（SAMIL）R42L9版本，几经改进充实，已可成功地用来模拟全球大气环流状况，并且正在吸引同行研究者应用。吴先生解释说，模型就像是播放机，所模拟者就像是唱片录音带，二者结合，既是形式也是内容。

　　有意思的是，叶笃正先生和吴国雄先生都曾与真锅淑郎先生合作共事过，并且叶先生还是全球变化课题的倡导人之一，可见人以群分，志同道合。吴先生1966年毕业于南京气象学院（南京信息工程大学前身），在甘肃省气象局担任天气预报工程师，拥有12年实践经验。与真锅淑郎先生合作研究，时在20世纪八九十年代之交，应聘工作在美国普林斯顿大学期间，其时他已有两番赴英、美求学和工作经历。总之赶上好时候，考取叶先生研究生；赶上好机会，在英国伦敦大学帝国理工学院读取物理学哲学博士学位。与刚走出校门的一批年轻学子一道负笈海外时，吴先生已满37岁。赴英之初，他正醉心于海洋与大气研究呢，这也难怪，海—气研究是大气动力学一直以来的热门主题，而陆—气研究相对较冷。英国导师格瑞提点说，何不研究地形作用呢？

　　是啊，守望多年的青藏高原大地形，不啻于一座金山富矿，值得投身其中。于是转向，随着峰回路转，忽见别有洞天——吴先生在天气和气候领域所取得的系统性、创造性成果，在国际大气科学领域皆属前沿，他本人也成为大气物理学界名副其实的权威，不光在国内，就世界范围而言，也是。这从他的历任学术职务上看得出来：大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG）主任、学术委员会主任，国际气象和大气科学协会（IAMAS）主席，世界气候研究计划联合科学委员会委员，国际“气候变化和可预报性计划”（CLIVAR）科学指导小组成员，《大气科学进展》（Adv.Atmos.Sci.）主编，中国科学院院士，英国皇家气象学会荣誉会员，等等。“晒”出这些头衔，也为说明青藏研究富有魅力，足以吸引各方神圣参与。

　　装备了先进学识，辞别了优厚待遇，全职“海归”。不需要询问缘由，出去就为归来。随着这个人的回归，大气所相关动力学研究的国家重点实验室问世，一个面向风云变幻的团队组建起来，一系列模态变化使青藏高原生动起来——

　　有、无高原试验。这其实是一个反向叩问：假设青藏高原不存在将会怎样？

　　假设没有青藏高原，那么北半球上空的大气环流格局简单多了：低纬度东风带是比较平直的，中纬度西风带同样近乎平直，中心位置约在北纬45°附近，相较有高原时西风带偏南约10个纬距、千余公里；中南半岛北部的副热带高压带将会有所减弱，仅有微弱西南气流出现，导致北纬35°以南的南风和上升运动、以北的北风和下沉运动，全都相应减弱，春季华南地区最大降水量不足4毫米/日，不到有高原时8毫米的一半，大雨区位于海上；在夏季，无高原的陆地虽仍为热源，但热力作用大为减弱，导致南亚季风向内陆的深入程度有限，仅达北纬25°附近，约在昆明—桂林一线；东亚季风向内陆的深入也仅能达到东经110°以东和北纬35°以南，从地图上看，这个经纬交集点大约位于西安和洛阳之间。影响到降水分布，南来暖湿气团能够眷顾的中国陆地之少，显而易见；而整个亚洲地区雨带分布将会偏南，最大降水中心不在孟加拉湾北部，而是移往中南半岛西北部。

　　而在有高原试验中，动力作用和热力作用相叠加，足使南亚季风和东亚季风交汇合流，形成强大亚洲季风，向北向西强势推进，最北部可以抵达北纬50°附近，接近中国东北最北端，向内陆深入可达内蒙古河套地区，虽然降水量不改南多北少格局，但随夏季风而来的雨带，总算深入了亚洲内部。

　　需要说明的一点，有高原试验是基于实际的海陆分布和地形高度的模拟，理论上应当与现实情形相吻合，否则的话，定是模拟者的各参量出了问题。这实际上也是一个反向操作，以检验模式是否正确可行。不止大气科学，所有学科的数值模拟无不遵循这一准则。

　　在有、无高原一项模拟试验中，明确了青藏高原对亚洲夏季风爆发地点具有“锚定”作用。这一次是以实际的海陆分布为基础，以理想的高原中心位置和水平西移的对比方式，即假定青藏高原主体位于孟加拉湾北部或位移至阿拉伯海北部，观察对于季风形成各有怎样的影响——

　　实际高原试验中，基本再现了亚洲夏季风建立过程：风乍起在孟加拉湾暖池，5月初，孟加拉湾地区夏季风建立；5月15日左右，南海地区夏季风建立；6月初，印度夏季风建立。然而在西移试验中，当青藏高原主体中心位于北纬32.5°、东经60°即阿拉伯海以北时，其伴随大量降水的夏季风爆发路径则为印度—孟加拉湾—南海。

　　假设高原处于不同地形和高度。全球最强大的亚洲季风系统形成的地形作用，仅有青藏高原存在是不够的，来自一系列地形组合的结果，来自综合因素。刘屹岷教授介绍了为此所做的多个模拟试验。

　　首先针对有人提出没有陆地也会有季风的观点，试验结果为：没有陆地，就不存在季节变化的风。海—陆差是季风产生的最基本要素，尤其在我们所处的中低纬度是这样子。

　　其二是，在模式中让海洋直接面对平坦的欧亚大陆，既无高原，也无印巴次大陆，结果显示，仅在西南方向存在弱季风，迎风降水偏南偏弱，降水中心在中南半岛，越往北雨量越小。没有高原，华南早春雨不会出现。

　　其三是，加进印巴次大陆的热带陆地。一个显著变化是，吸引来“越赤道气流”——这是气象学上一个重要概念，原理是大气通过热带陆地加热上升，使得赤道以南的气流北上，并携来充足的海洋水汽，南亚季风得以建立。

　　其四是，模式中加入现有青藏高原地形高度，西南风由此加强并向北推进，给东亚和中国东部带去暖湿空气。没有大地形高度，水汽难以数千公里远距离输送。

　　其五是，伊朗高原的存在也很重要，不仅作用于印巴次大陆北部，通过增强印度上空的季风环流，形成印度季风北部强降水，甚至影响到青藏高原上空。

　　其六是，在有海陆分布的欧亚大陆上加入伊朗—青藏高原，但去除其表面上的感热加热，南亚北部和东亚中高纬降水将会极度减少。说明是地形上的加热气泵作用而非动力强迫即阻挡作用，控制南亚季风北部和东亚季风强度。

　　……

　　还有两个同类地区可做比较试验，可以证实地形高度作用，这在地球仪上看得清晰：背向而立两片陆地有东亚（北纬10—30°，东经90—120°）和北美（北纬10—30°，西经85—115°）边缘，所在海陆位置相似，均处于北半球副热带，北面大陆，东南大洋，均受同性质的“极锋”锋面雨带影响。具可比性的还有一点，那就是都有高原，不过彼高原非此高原，墨西哥高原不够高，导致的结果之不同，在数值模拟中再现。

　　先来看东亚：西风急流带与高原相遇，明显分为南北两支，其南支气流本来沿着喜马拉雅南麓东进，遭遇远超爬坡与绕流临界高度的云贵高原，根据涡度守恒原理，在西南侧迎风坡一个回旋，转向东北，成为西南风。当它与北支气流大致在北纬30°、东经120°处再度会合，于是高原东南侧出现西南急流风速中心，华南早春雨形成。经历为时两三个月的建立、维持和减弱过程，随着南亚季风爆发，西南风再次加强，6月中期长江中下游地区进入梅雨季节，7月中期中国北方进入主汛期。

　　再来看北美：早春北美并无强雨带，仅有一支西风急流带，风速中心位于大西洋西部；虽在北纬30°附近同样出现西南气流，但难以稳定维持，副热带雨水中心降落在洋面上。中低纬北美地区全年主要为东南风控制，类似中国华南早春雨和盛夏雨热同步等现象，并不存在。这情形正与“无高原”敏感性试验结果相像：假如没有青藏高原及周边地形，欧亚上空仅有一支西风急流，南亚次大陆则出现一支东风急流，两者之间形成一条明显的副高环流带，控制了华南大部地区；东南侧不复有强西南风，而是像北美南部那样的强东南风，华南早春雨带不复存在。

　　在高原不同高度对华南早春雨影响试验中，分别做了0—6千米高度的模拟。由于模式需要对真实地形高度进行平滑，通常认为模式现实青藏高原最高为5000多米。模式结果如下：

　　无高原地形时（0千米），欧亚低层西风带不分支，中低纬为副高环流所控制，东亚降水量很小，少量雨水降落在东南半岛，华南无明显雨带；

　　高度为1000米时，中低纬副高带在南亚次大陆处出现断裂，高原东南侧的西南风速明显增大，华南少量降水出现；

　　2000米时，西风带分流为南、北两支，南亚次大陆覆被以波状西风气流，高原东南侧的西南绕流明显，华南地区西南风增强，雨带初具雏形，强度大于其东面的西太平洋；

　　3000—4000米时，高原南北的两支西风随着绕流增强形成急流，在高原东南侧出现西南风速中心，强雨带中心形成；

　　5000米以上，环流形势虽无明显改观，但在高原南北两侧，西风急流进一步增强，东南侧西南风速进一步增大，华南降水明显减少，东亚雨带推进到长江及其以北地区，同时雨带中心被过强的高原热源吸引至高原东南部。

　　假设仅有喜马拉雅一条山脉。这个命题原本不在模拟设计中，起因于几年前有西方学者试图标新立异，撰文指出青藏高原的存在并非那么重要，只需保留喜马拉雅山脉，单凭山脉隔离，就足以阻挡高纬度干冷空气，从而照样形成南亚季风。论文发表，引发争论。对于大地形作用已做过大量功课的吴国雄团队，甚至不必再做相关模拟试验，即可指出上述论点只强调了动力机制而忽略了热力作用：“一堵墙”中热力效应仍然存在。团队在2007年文章中就已指出，因为水汽主要位于3000米以下，地形加热中的斜坡加热——“墙面”上的加热对水汽抬升，进而影响周边季风的热力效应大于高原平台，所以保留青藏高原南部山脉与保留整个青藏高原对其南面的印度季风（也称南亚季风）的影响相同。

　　应战的论文很快见诸国际权威期刊《自然》子刊《科学报告》，引起《科学》重视，并派记者采访报道。这场争论引发的更深入的研究还将持续。简介这一过程，一来为说明科学问题的交锋，有助于辨别正误，推动学科发展，二来也是最重要的，为说明在这一领域，中国学者以其坚实的研究功底所拥有的话语权，对国际大气科学界主流的参与。

　　模拟试验加热作用，得出的另一结论是我们大众比较关心的：当高原加热作用减小，华南降雨更多，更易形成南涝北旱灾情。而加热程度受控于季风强弱，季风强则加热大。实际情况正是如此，高原加热在20世纪60年代至80年代较强，80年代至世纪末减弱，从2002年起季风又有所增强，中国北方降水开始增加，但是尚未达到六七十年代水平。以北京地区降水情况为例，对应上述3个时段，年均降水量分别在500～600毫米、400多毫米和500多毫米。这些信息发表在2012年著名国际期刊《气候动力学》上，也是吴国雄院士在青藏高原研究会2013学术年会上讲到的，以此说明青藏高原对于调控气候的作用之显著，可说是息息相关。“做模式很容易，可以把高原搬来搬去”这句话，正是在本次学术报告中讲到的。

　　涉及青藏高原大气科学，许多团队都在做，本章重点采写中科院青藏所和大气所两个机构为代表，并通过他们向所有仰望天空、追风逐云的人们表达敬意。接下来如果对本章做一小结，可能看似题外话。听讲大气科学知识，了解季风雨，于我而言，心存由自然延伸至社会的愿望，有意无意间，补上了一堂历史地理课。《中国大历史》在“土壤、风向和雨量”一章中提示道，“易于耕种的纤细黄土、能带来丰沛雨量的季候风，和时而润泽大地、时而泛滥成灾的黄河，是影响中国命运的三大因素”，这里强调的是自然地理背景下，“重农桑以足衣食”的传统社会里，大中华命运共同体形成的必然——“中国的团结出于自然力量的驱使”。黄土、黄河、季风雨，三者均与青藏高原存在相关，怎能不让我们在敬畏中感受到人文的亲切。而在上下五千年的历史经验中，提炼出这等基于科学认知的阐释，开阔了我们回望的视野，这一点令人感佩。历史可以这样看这样写，作为一种思想方法，现在已被广泛接受。联系到青藏研究，今天科学家们走出更远，利用最新手段掌握的古气候变迁一手资料，重新审察历代王朝盛衰兴亡的时间节点，对应以天时变化和环境因素；上溯至全新世万年以来，沿黄河—长江的古老文明何时何地何以发生，充分体现了科学家的文化自觉和人文情怀。对于个人来说，再看中国地图，自有新感悟：西风环流和亚洲季风共同作用下的广袤陆地，三面环山一面临海，长江黄河流贯其间，南方的水稻北方的小麦，中原的稼禾边疆的牛羊，同构了古代中国之“天下”，决定了国人的生存面貌和历史走向，无论治乱福祸，无论丰歉冷暖，都是先辈留下的故土遗产，都是带着数千年印记的国人家园。