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　　吳國雄先生在某次學術報告中說過，計算機做數值試驗很容易，可以把青藏高原“搬來搬去”。

　　沒錯，小小鍵盤可做的事情很多，可以輕而易舉讓偌大高原憑空消失，水平位移，做垂向高低度處理，借以達成推演目標，自然界從幾十萬年到幾千萬年的工作，可在電腦屏幕上于瞬間呈現。回頭再看青藏研究數十年，或者上溯一兩百年，以方法手段論，若問哪一點變化最大？可以列舉很多，可是沒有什么改變能比計算機的加入、數學模型的普及更大——不分哪一專業，幾乎涵蓋所有學科：從事古今地理、氣候、環境研究的冰芯、湖芯、樹輪、土壤層、現生生物古生物微生物微化石，以至有機無機的物理化學，以至服務于當下現實的或增收或減災各項應用研究者，全無例外，莫不如是。與其說是工作方式的豐富和更新，更可說是思想方法的改進與升華。然而比較之下，所有學科的數字化程度，全都不及大氣科學的海量數據處理：一人一電腦，唯數據是瞻，“海量”名副其實。

　　這個印象是在劉屹岷辦公室、“一個學生的課堂”上強化的。對本人所提初級問題，小劉老師邊講解，邊演示，不時起身指點世界地圖，讓大齡學生感嘆“這樣啊，這樣啊！”直覺他們置身“太虛幻境”，所面向的既空空如也又無處不在，廣及寰球北半球亞細亞全中國，又細致入微到電腦屏上密布的小格點——精細化研究的需要，將全球納入視野，按每格數十、十數公里畫線聯網，現在可以做到個位數了。不過劉老師也說了，并非越小越密越好，那樣的話硬盤也會吃不消；格點大小各有用途，幾公里小格專為局地或短期天氣預報設計。

　　另一印象是系統化、專業化、室內為主的工作方式。通俗說來，這個團隊不必在野外建自動氣象站，或者去放飛高空氣球，這從實驗室名稱看得出來，“大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室”（LASG）。當然了，即使像青藏所馬耀明團隊以野外觀測、捕獲數據為主，現在也有高端儀器設備代勞，何況這個從事動力學基礎研究的團隊呢！搬演高原，模擬風向，劉教授所講多個試驗，有幾個是我格外感興趣的，在轉述之前，有必要約略交代兩個背景，一是數值模擬來歷，二是“大地形”研究怎樣發展起來。

　　數值模擬，同義詞數學模型、計算機模型，自20世紀20年代由人工運算的天氣預報數學模型問世以來，近百年大部分時間里名聲不太響亮，使用者寥寥，皆因運算和演示工具沒跟上。待到電腦出現，方才推廣開來，隨其升級而普及。1957年葉篤正先生開創青藏高原大氣科學時，所借助的還是少量的場地觀測及實體的轉盤模擬，再通過大量物理定律和高等數學演算推導，得出大地形熱源說供后人深入探討驗證，實在了不起。

　　用計算機為青藏高原建模的第一人，正是前文提到的真鍋淑郎。20世紀60年代計算機還算新生事物，還是黑白屏時，這位美籍日本學者已在嘗試，只是限于某些學科及技術瓶頸，直到1974年總算大功告成。他在數值試驗中揭示出地形對大氣環流的作用，所借助的，正是大氣環流各在有、無高原時的行進路徑模擬：如果青藏高原不存在，那么這一地區上空的氣流將會怎樣；高原存在，其上氣流如何變化，如何影響到周邊地區風向和降水。雖然此君在這一領域小試鋒芒后即轉向溫室氣體研究，走向全球變化前沿，并因二氧化碳研究享有國際聲譽、榮獲國際大氣科學最高獎等等，但他在青藏模型原創方面的功勞，仍不時被人提起和稱道，沿著他早年蹚出的路徑繼續前行的，國內外不乏其人。從當年的蘭州大氣所到當下的北京大氣所，有、無高原的模擬仿佛必修課，當然并非簡單重復，向之填加的各參量要素，更復雜更精確，所要說明的問題，更多元更豐富，因而是一個不斷完善的過程。20世紀90

　　年代吳國雄團隊創建的“大氣環流譜模式”（SAMIL）R42L9版本，幾經改進充實，已可成功地用來模擬全球大氣環流狀況，并且正在吸引同行研究者應用。吳先生解釋說，模型就像是播放機，所模擬者就像是唱片錄音帶，二者結合，既是形式也是內容。

　　有意思的是，葉篤正先生和吳國雄先生都曾與真鍋淑郎先生合作共事過，并且葉先生還是全球變化課題的倡導人之一，可見人以群分，志同道合。吳先生1966年畢業于南京氣象學院（南京信息工程大學前身），在甘肅省氣象局擔任天氣預報工程師，擁有12年實踐經驗。與真鍋淑郎先生合作研究，時在20世紀八九十年代之交，應聘工作在美國普林斯頓大學期間，其時他已有兩番赴英、美求學和工作經歷。總之趕上好時候，考取葉先生研究生；趕上好機會，在英國倫敦大學帝國理工學院讀取物理學哲學博士學位。與剛走出校門的一批年輕學子一道負笈海外時，吳先生已滿37歲。赴英之初，他正醉心于海洋與大氣研究呢，這也難怪，海—氣研究是大氣動力學一直以來的熱門主題，而陸—氣研究相對較冷。英國導師格瑞提點說，何不研究地形作用呢？

　　是啊，守望多年的青藏高原大地形，不啻于一座金山富礦，值得投身其中。于是轉向，隨著峰回路轉，忽見別有洞天——吳先生在天氣和氣候領域所取得的系統性、創造性成果，在國際大氣科學領域皆屬前沿，他本人也成為大氣物理學界名副其實的權威，不光在國內，就世界范圍而言，也是。這從他的歷任學術職務上看得出來：大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室（LASG）主任、學術委員會主任，國際氣象和大氣科學協會（IAMAS）主席，世界氣候研究計劃聯合科學委員會委員，國際“氣候變化和可預報性計劃”（CLIVAR）科學指導小組成員，《大氣科學進展》（Adv.Atmos.Sci.）主編，中國科學院院士，英國皇家氣象學會榮譽會員，等等。“曬”出這些頭銜，也為說明青藏研究富有魅力，足以吸引各方神圣參與。

　　裝備了先進學識，辭別了優厚待遇，全職“海歸”。不需要詢問緣由，出去就為歸來。隨著這個人的回歸，大氣所相關動力學研究的國家重點實驗室問世，一個面向風云變幻的團隊組建起來，一系列模態變化使青藏高原生動起來——

　　有、無高原試驗。這其實是一個反向叩問：假設青藏高原不存在將會怎樣？

　　假設沒有青藏高原，那么北半球上空的大氣環流格局簡單多了：低緯度東風帶是比較平直的，中緯度西風帶同樣近乎平直，中心位置約在北緯45°附近，相較有高原時西風帶偏南約10個緯距、千余公里；中南半島北部的副熱帶高壓帶將會有所減弱，僅有微弱西南氣流出現，導致北緯35°以南的南風和上升運動、以北的北風和下沉運動，全都相應減弱，春季華南地區最大降水量不足4毫米/日，不到有高原時8毫米的一半，大雨區位于海上；在夏季，無高原的陸地雖仍為熱源，但熱力作用大為減弱，導致南亞季風向內陸的深入程度有限，僅達北緯25°附近，約在昆明—桂林一線；東亞季風向內陸的深入也僅能達到東經110°以東和北緯35°以南，從地圖上看，這個經緯交集點大約位于西安和洛陽之間。影響到降水分布，南來暖濕氣團能夠眷顧的中國陸地之少，顯而易見；而整個亞洲地區雨帶分布將會偏南，最大降水中心不在孟加拉灣北部，而是移往中南半島西北部。

　　而在有高原試驗中，動力作用和熱力作用相疊加，足使南亞季風和東亞季風交匯合流，形成強大亞洲季風，向北向西強勢推進，最北部可以抵達北緯50°附近，接近中國東北最北端，向內陸深入可達內蒙古河套地區，雖然降水量不改南多北少格局，但隨夏季風而來的雨帶，總算深入了亞洲內部。

　　需要說明的一點，有高原試驗是基于實際的海陸分布和地形高度的模擬，理論上應當與現實情形相吻合，否則的話，定是模擬者的各參量出了問題。這實際上也是一個反向操作，以檢驗模式是否正確可行。不止大氣科學，所有學科的數值模擬無不遵循這一準則。

　　在有、無高原一項模擬試驗中，明確了青藏高原對亞洲夏季風爆發地點具有“錨定”作用。這一次是以實際的海陸分布為基礎，以理想的高原中心位置和水平西移的對比方式，即假定青藏高原主體位于孟加拉灣北部或位移至阿拉伯海北部，觀察對于季風形成各有怎樣的影響——

　　實際高原試驗中，基本再現了亞洲夏季風建立過程：風乍起在孟加拉灣暖池，5月初，孟加拉灣地區夏季風建立；5月15日左右，南海地區夏季風建立；6月初，印度夏季風建立。然而在西移試驗中，當青藏高原主體中心位于北緯32.5°、東經60°即阿拉伯海以北時，其伴隨大量降水的夏季風爆發路徑則為印度—孟加拉灣—南海。

　　假設高原處于不同地形和高度。全球最強大的亞洲季風系統形成的地形作用，僅有青藏高原存在是不夠的，來自一系列地形組合的結果，來自綜合因素。劉屹岷教授介紹了為此所做的多個模擬試驗。

　　首先針對有人提出沒有陸地也會有季風的觀點，試驗結果為：沒有陸地，就不存在季節變化的風。海—陸差是季風產生的最基本要素，尤其在我們所處的中低緯度是這樣子。

　　其二是，在模式中讓海洋直接面對平坦的歐亞大陸，既無高原，也無印巴次大陸，結果顯示，僅在西南方向存在弱季風，迎風降水偏南偏弱，降水中心在中南半島，越往北雨量越小。沒有高原，華南早春雨不會出現。

　　其三是，加進印巴次大陸的熱帶陸地。一個顯著變化是，吸引來“越赤道氣流”——這是氣象學上一個重要概念，原理是大氣通過熱帶陸地加熱上升，使得赤道以南的氣流北上，并攜來充足的海洋水汽，南亞季風得以建立。

　　其四是，模式中加入現有青藏高原地形高度，西南風由此加強并向北推進，給東亞和中國東部帶去暖濕空氣。沒有大地形高度，水汽難以數千公里遠距離輸送。

　　其五是，伊朗高原的存在也很重要，不僅作用于印巴次大陸北部，通過增強印度上空的季風環流，形成印度季風北部強降水，甚至影響到青藏高原上空。

　　其六是，在有海陸分布的歐亞大陸上加入伊朗—青藏高原，但去除其表面上的感熱加熱，南亞北部和東亞中高緯降水將會極度減少。說明是地形上的加熱氣泵作用而非動力強迫即阻擋作用，控制南亞季風北部和東亞季風強度。

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　　還有兩個同類地區可做比較試驗，可以證實地形高度作用，這在地球儀上看得清晰：背向而立兩片陸地有東亞（北緯10—30°，東經90—120°）和北美（北緯10—30°，西經85—115°）邊緣，所在海陸位置相似，均處于北半球副熱帶，北面大陸，東南大洋，均受同性質的“極鋒”鋒面雨帶影響。具可比性的還有一點，那就是都有高原，不過彼高原非此高原，墨西哥高原不夠高，導致的結果之不同，在數值模擬中再現。

　　先來看東亞：西風急流帶與高原相遇，明顯分為南北兩支，其南支氣流本來沿著喜馬拉雅南麓東進，遭遇遠超爬坡與繞流臨界高度的云貴高原，根據渦度守恒原理，在西南側迎風坡一個回旋，轉向東北，成為西南風。當它與北支氣流大致在北緯30°、東經120°處再度會合，于是高原東南側出現西南急流風速中心，華南早春雨形成。經歷為時兩三個月的建立、維持和減弱過程，隨著南亞季風爆發，西南風再次加強，6月中期長江中下游地區進入梅雨季節，7月中期中國北方進入主汛期。

　　再來看北美：早春北美并無強雨帶，僅有一支西風急流帶，風速中心位于大西洋西部；雖在北緯30°附近同樣出現西南氣流，但難以穩定維持，副熱帶雨水中心降落在洋面上。中低緯北美地區全年主要為東南風控制，類似中國華南早春雨和盛夏雨熱同步等現象，并不存在。這情形正與“無高原”敏感性試驗結果相像：假如沒有青藏高原及周邊地形，歐亞上空僅有一支西風急流，南亞次大陸則出現一支東風急流，兩者之間形成一條明顯的副高環流帶，控制了華南大部地區；東南側不復有強西南風，而是像北美南部那樣的強東南風，華南早春雨帶不復存在。

　　在高原不同高度對華南早春雨影響試驗中，分別做了0—6千米高度的模擬。由于模式需要對真實地形高度進行平滑，通常認為模式現實青藏高原最高為5000多米。模式結果如下：

　　無高原地形時（0千米），歐亞低層西風帶不分支，中低緯為副高環流所控制，東亞降水量很小，少量雨水降落在東南半島，華南無明顯雨帶；

　　高度為1000米時，中低緯副高帶在南亞次大陸處出現斷裂，高原東南側的西南風速明顯增大，華南少量降水出現；

　　2000米時，西風帶分流為南、北兩支，南亞次大陸覆被以波狀西風氣流，高原東南側的西南繞流明顯，華南地區西南風增強，雨帶初具雛形，強度大于其東面的西太平洋；

　　3000—4000米時，高原南北的兩支西風隨著繞流增強形成急流，在高原東南側出現西南風速中心，強雨帶中心形成；

　　5000米以上，環流形勢雖無明顯改觀，但在高原南北兩側，西風急流進一步增強，東南側西南風速進一步增大，華南降水明顯減少，東亞雨帶推進到長江及其以北地區，同時雨帶中心被過強的高原熱源吸引至高原東南部。

　　假設僅有喜馬拉雅一條山脈。這個命題原本不在模擬設計中，起因于幾年前有西方學者試圖標新立異，撰文指出青藏高原的存在并非那么重要，只需保留喜馬拉雅山脈，單憑山脈隔離，就足以阻擋高緯度干冷空氣，從而照樣形成南亞季風。論文發表，引發爭論。對于大地形作用已做過大量功課的吳國雄團隊，甚至不必再做相關模擬試驗，即可指出上述論點只強調了動力機制而忽略了熱力作用：“一堵墻”中熱力效應仍然存在。團隊在2007年文章中就已指出，因為水汽主要位于3000米以下，地形加熱中的斜坡加熱——“墻面”上的加熱對水汽抬升，進而影響周邊季風的熱力效應大于高原平臺，所以保留青藏高原南部山脈與保留整個青藏高原對其南面的印度季風（也稱南亞季風）的影響相同。

　　應戰的論文很快見諸國際權威期刊《自然》子刊《科學報告》，引起《科學》重視，并派記者采訪報道。這場爭論引發的更深入的研究還將持續。簡介這一過程，一來為說明科學問題的交鋒，有助于辨別正誤，推動學科發展，二來也是最重要的，為說明在這一領域，中國學者以其堅實的研究功底所擁有的話語權，對國際大氣科學界主流的參與。

　　模擬試驗加熱作用，得出的另一結論是我們大眾比較關心的：當高原加熱作用減小，華南降雨更多，更易形成南澇北旱災情。而加熱程度受控于季風強弱，季風強則加熱大。實際情況正是如此，高原加熱在20世紀60年代至80年代較強，80年代至世紀末減弱，從2002年起季風又有所增強，中國北方降水開始增加，但是尚未達到六七十年代水平。以北京地區降水情況為例，對應上述3個時段，年均降水量分別在500～600毫米、400多毫米和500多毫米。這些信息發表在2012年著名國際期刊《氣候動力學》上，也是吳國雄院士在青藏高原研究會2013學術年會上講到的，以此說明青藏高原對于調控氣候的作用之顯著，可說是息息相關。“做模式很容易，可以把高原搬來搬去”這句話，正是在本次學術報告中講到的。

　　涉及青藏高原大氣科學，許多團隊都在做，本章重點采寫中科院青藏所和大氣所兩個機構為代表，并通過他們向所有仰望天空、追風逐云的人們表達敬意。接下來如果對本章做一小結，可能看似題外話。聽講大氣科學知識，了解季風雨，于我而言，心存由自然延伸至社會的愿望，有意無意間，補上了一堂歷史地理課。《中國大歷史》在“土壤、風向和雨量”一章中提示道，“易于耕種的纖細黃土、能帶來豐沛雨量的季候風，和時而潤澤大地、時而泛濫成災的黃河，是影響中國命運的三大因素”，這里強調的是自然地理背景下，“重農桑以足衣食”的傳統社會里，大中華命運共同體形成的必然——“中國的團結出于自然力量的驅使”。黃土、黃河、季風雨，三者均與青藏高原存在相關，怎能不讓我們在敬畏中感受到人文的親切。而在上下五千年的歷史經驗中，提煉出這等基于科學認知的闡釋，開闊了我們回望的視野，這一點令人感佩。歷史可以這樣看這樣寫，作為一種思想方法，現在已被廣泛接受。聯系到青藏研究，今天科學家們走出更遠，利用最新手段掌握的古氣候變遷一手資料，重新審察歷代王朝盛衰興亡的時間節點，對應以天時變化和環境因素；上溯至全新世萬年以來，沿黃河—長江的古老文明何時何地何以發生，充分體現了科學家的文化自覺和人文情懷。對于個人來說，再看中國地圖，自有新感悟：西風環流和亞洲季風共同作用下的廣袤陸地，三面環山一面臨海，長江黃河流貫其間，南方的水稻北方的小麥，中原的稼禾邊疆的牛羊，同構了古代中國之“天下”，決定了國人的生存面貌和歷史走向，無論治亂福禍，無論豐歉冷暖，都是先輩留下的故土遺產，都是帶著數千年印記的國人家園。