测气观象 立业育人——清华科学史话之气象篇(下)

原创 袁帆 清华大学科学博物馆 2020年09月02日 11:35 北京

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引言:清华气象学科的建立不仅在科学发展史上具有开创意义,而且在“培养气象学人才”、“增强科研能力”、“践行社会服务”等方面具有极高社会价值。在中国气象科学史书上,清华人曾经用23年书写的不朽篇章永远值得后人瞻仰。

三、清华气象学科的历史地位和价值

(一)历史地位

讨论清华气象学科的历史地位,绝不应仅局限在狭义科学史范畴,从广义上看,还有更深远的涵义,那就是发展中国独立自主的气象科学乃至大气科学事业。

1.发展中国气象事业事关民族独立

近代中国自1940年鸦片战争之后,逐步沦为半殖民地半封建的境地,气象学的发展也被打上深深的时代烙印。19世纪下半叶,中国逐步建立的几十个“测候所”都是附属在海关系统内,而中国海关当时是由英国人把持,海关气象观测系统带有明显的殖民色彩,仅有的一点气象观测资源也只是为实现其自身利益服务。

辛亥革命后,当时的北京政府教育部于1912年夏在北京设立了中央观象台。1913年,在观象台内增设了气象科,由刚从比利时学农回国的蒋丙然(1883~1957)负责,下辖北京西山碧云寺、库伦(乌兰巴托)、张北、开封、长安(西安)等几个测候所,培养过测候人员,出版过一些气象书刊,并于1916年开始发布北京地区的天气预报。同一时期的农业、水利、航空等部门,因业务需要也设立了一些测候所,但均各自为政,不成系统。

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1910年代的上海徐家汇观象台

1924年以后,由于军阀混战,经费短缺,中央观象台和其他几处测候所相继停顿。全中国境内仅有的几座气象观测设施均被外国人操纵与垄断。上海“徐家汇观象台”属于法国教会,青岛观象台由德国海军所建,英国人在香港设立皇家天文台,还有日本人在台湾、东北各设了气象台。帝国主义和殖民者操控了中国的大部分气象观测业务,并主要为其掠夺、侵略中国服务。

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中国近现代第一个国家气象台——南京北极阁气象台

1927年11月20日,南京政府教育部大学院召开中央研究院筹备会,其通过的组织条例中设有观象台专项。11月28日大学院第一次院务会议,推定了观象台筹备委员会,高鲁、竺可桢为常务委员。高鲁(1877—1947)主管行政组,竺可桢主管研究组。1928年2月观象台又分为天文研究所和气象研究所。1928年6月9日,国立中央研究院成立,气象研究所作为直属机构也随之成立,竺可桢为气象研究所的首任所长。选定南京钦天山北极阁为所址,并在那里建气象台,1928年5月动工,12月竣工迁入。中研院气象研究所是中国科学史上首个研究气象科学的学术机构。它的成立也标志着中国气象事业发展的正式起步。

2.清华气象学科的建立具有开创意义

1928年8月,国立清华大学正式成立,并于1929年在理学院地理学系设立气象学科,这是当时中国高等教育系统中第二个建立的气象学科。同时决定建立清华大学气象台,这也是中国人自己建立的第二座气象台,对于打破外国人垄断中国气象资源局面,发展中国独立自主的气象科学事业极具重要意义。

清华开设气象学科的教学与研究,建立符合国际标准气象台的时间,几乎是与中国气象事业的发展同步,其历史意义不言而喻。一方面说明清华人对科学发展方向的把握具有敏锐的眼光,开创引领的意识和坚定不移的执行力;另一方面也表现出清华人强烈的民族自尊心和高度的爱国精神。

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清华气象台

1932年1月1日,清华气象台正式对外发布每日气象观测报告和短期天气预报,与南京中研院气象研究所气象台相互配合,共享气象观测资源,为建设中国自主的气象预报系统发挥出积极作用。

(二)科学价值

创立气象学科的初衷,就是要创造这一学科在推动社会发展中的科学价值,这种价值主要体现在三个方面。

1.培养气象学人才

清华大学地学系气象学课程除了基础课以外,主要专业课包括:理论气象学、气候学及世界气候、气象观测、天气预报等。

除了要求掌握气象专业理论,还特别注重培养学生的实践能力。在“气象观测”和“天气预报”的课程设置中,都规定每周除讲课一小时外,实习三小时。要求掌握“温度、压力、湿度、风、云、降水量等要素的变化,测候仪器之构造及应用,以及气象台工作之流程”[清华大学校史研究室,《清华大学史料选编》,北京,清华大学出版社,1991年3月第一版,第442页]。

学生实习与气象台的实际观测相结合。气象台的观测从1932年1月1日起正式开始,由观测员二人轮流执行,永不间断。直接观测时间为每日上午六时、九时、十二时,午后三时、六时、九时,其余时间则由自动仪器测定并记录,实现观测的连续进行。同时,在台内安装有无线电接收机,逐日收听远东各地同时间的天气报告。这一切工作最后都是为了研究北平(北京)本地的天气形势,目标就是准确预报未来天气。

根据资料统计,1933年到1937年清华地学系共毕业39人,其中气象组毕业生共13人,他们是:李良骐、刘汉、刘玉芝(1934);彭平(1935);程纯枢、么枕生、汪国瑗、张英骏、王钟山(1936);郭晓岚、张乃召、刘好治、蒋金涛(1937)。在这一时期的师生中间,后来有好几位都成为了中国气象事业的有功之臣,其中有4人入选《中国气象百科全书》,涂长望、程纯枢为著名气象学家、中国科学院院士;么枕生、张乃召为气象学家。

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国际著名气象学家罗斯贝和他的中国学生:郭晓岚、顾震潮

另外,1937年毕业于清华地学系的郭晓岚(1915—2006),虽然本科学的不是气象专业,但后来一直在气象研究所从事天气预报工作,1944年取得清华留美公费生资格,1945年赴美国芝加哥大学攻读气象学博士学位,师从世界级“气象泰斗”罗斯贝(C.G.Rossby)教授,之后成为世界著名理论气象学家,荣获美国气象学会最高奖项“罗斯贝奖”。这也成为早期清华地学系“通才教育”的著名成功案例之一。

2.增强科研能力

从1933年开始,在积累了一定数量的实测天气数据资料之后,清华气象台开始出版《气象季刊》(Quarterly Meteorological Bulletin),专载气象学上之专题论文及本校气象台研究工作报告。以此为媒介,与国内及世界各国气象机关进行科研成果交换,每期都寄发各国一百余份,并以获得的各国气象资料作为专业教育的补充资源。[ 清华大学校史研究室,《清华大学史料选编》,北京,清华大学出版社,1991年3月第一版,第735页] 这本季刊一直出版到1937年,因抗战爆发而停刊。

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清华气象台《气象季刊》第一期

由于清华大学《气象季刊》的资料翔实可信,逐步引起国际气象界的重视,因此有几位在气象台工作过的师生都曾利用该资料在国内外发表文章。例如,曾于1934年在气象台担任气象观测员的地学系助理员赵恕(1913—?),为了第二届国际极年气象资料交流,就发表过一本季刊增刊:《Supplement To Quarterly Meteorological Bulletin of Tsing Hua University Meteorological Observatory For the year 1932》。

3.践行服务社会

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清华气象台每日气象观测报告

除与国内外气象界交换科研成果外,气象台还每日绘制东亚地面天气图和试作本地短期天气预报,在学校大礼堂前面一个布告栏内张贴,实现气象科研成果的社会共享。据说,由于清华大学气象台的资料被公认为是最完整、最准确、最全面、最可靠的,当时北京、天津、太原等地的营造建设单位都会到清华气象台查询数据,收集资料,咨询问题,树立了良好社会形象和专业口碑。

四、清华气象学科的嬗变

清华气象学科创建之时,中国正处于半殖民地、半封建的社会发展阶段,科学事业的发展苦难重重,尽管如此,清华气象学科教育科研仍然达到一定水平。在经过八年的早期发展后,日本军国主义发动全面侵华战争,清华园也遭受了历史上第一次由侵略造成的浩劫。多处建筑被日军侵占,教学设施被毁,仪器图书损失殆尽,气象台及附近也沦为养马场。清华园满目疮痍,一片狼藉。由此开始,清华气象学科也经历了不断嬗变的历程。

(一)西南联大时期的气象学科

但是,中国人民的民族精神不灭,在全民抗战的同时,努力延续教育薪火,确保文化之根不断。北京大学、清华大学、南开大学组成“国立西南联合大学”,在昆明开始了八年“刚毅坚卓”的艰苦办学历程。

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西南联大

在这一时期,中国高等学府中设有气象专业的只有三所:中央大学、西南联大和浙江大学。在西南联大理学院的建制里设有地质地理气象学系,孙云铸、袁复礼教授先后担任系主任。气象学方面的师资主要有李宪之(1904—2001)、赵九章(1907—1968)两位教授,助教由清华地学系气象组毕业留校的刘好治、谢光道、高仕功担任。

在这九年中,地质地理气象系师生同西南联大同生死、共命运,“克服物质设备、图书资料、生活条件等方面的种种困难,精诚合作,共济时艰,结茅立舍,弦歌不辍”,书写了中国教育史上的光辉篇章。李宪之、赵九章两位名师担起了西南联大气象专业的全部教学任务,他们发挥各自优势,相辅相成,配合默契,取得了优异的教学效果,成就了这一时期气象教学的历史佳话。赵九章在1999年被国家授予“两弹一星功勋奖章”,被誉为中国动力气象学、地球物理学和空间物理学的奠基人,此为后话。

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李宪之、赵九章(自左向右)

气象学科共培养出33名本科生和一位硕士研究生。研究生名为顾震潮(1920—1976),1943年入学,师从赵九章教授,研习动力气象学,1945年的毕业论文为《The General Law of Distribution of Turbulent Wind in a Gust》,1947年,留学瑞典斯德哥尔摩大学气象系作研究生,导师是气象学家罗斯贝(C.G.Rossby)教授。1950年毅然放弃即将获得的博士学位,回国服务,成为中国现代气象事业的创建者之一。

在33位本科毕业生中,抗战前在清华入学的有:谢光道、亢玉谨、万宝康、周华章、钟达三、陈鑫(1938);高仕功、孙毓华、何明经、白祥麟(1939);叶笃正、谢义炳、彭究成、冯秉恬、朱和周、程传颐、宋励吾(1940)。在昆明入学的有:王宪钊、徐淑英、钱茂年(1941);黄衍(1942);李叔庭、莫永宽、钱振武、何作人(1943);曹念祥、张文仲、罗济欧(1944);刘匡南、秦北海、贺德骏、李廉(1945);江爱良(1946)。

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著名气象学家:赵九章、叶笃正、谢义炳(自左向右)

难能可贵的是,就是在西南联大的这四十余名气象专业师生中,有7人入选《中国气象百科全书》,赵九章、叶笃正、谢义炳为著名气象学家,中国科学院院士;李宪之、朱和周、谢光道、王宪钊为气象学家。其次,入选《中国气象百科全书》的气象学家还有1940年毕业于西南联大物理系的顾钧禧,1945年毕业于西南联大研究院的顾震潮。

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中国邮政《中国现代科学家》邮票——气象学家叶笃正

在这些毕业生中间有两位事迹最为突出,一位是1936年入学的叶笃正(1916—2013)院士,他是中国现代气象学的主要奠基人之一,是中国近代大气环流理论、大气动力学、青藏高原气象学、东亚地区大气环流研究的开拓者,以及国际全球变化研究的倡导者之一,曾经荣获2005年度国家最高科学技术奖。2010年5月,经国际天文学联合会小天体命名委员会批准,27895号小行星被永久命名为“叶笃正星”。另外一位是1935年入学的谢义炳(1917—1995)院士,他长期从事大气环流、低纬度天气学和天气动力学等方面的教学和研究,是中国现代天气学和大气环流学奠基人之一。

(二)抗战复员后的清华气象学系

清华大学在抗战胜利后复员,于1946年11月在清华园重新开课。由于当时国内政治局势发生深刻变化,经济形势急剧恶化,因此教育环境处于极度不稳定状态。尽管如此,复员后的清华承袭战前的办学方针、教学制度,并继续保持已有的治学精神与文化氛围。同时克服由于教学设施严重损毁,图书、仪器短缺的重重困难,努力恢复各学科的教学与科研,争取继续在国内教育界处于领先水平。

复员后的清华大学注重学科的多样性,在“教学与科研并重”的方针指导下,共设置“文理法工农”五大学院,26个系,一个研究院。初时学生约有2100人,研究生30余人,预科学生200余人。在理学院中专门设置了“气象学系”,属于全校新增设的6个系之一。这是清华开办气象专业以后首次独立设系,系主任由李宪之教授担任。同时,在研究院内设置气象研究所,培养研究生。

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气象学系教员名录

清华气象系的规模不大,师资也很缺乏,全部专业课只有李宪之、赵九章两位教授,以及两位讲师任教。李宪之既要负责教学安排与实施,还要负责全系的行政领导工作,决定全系的仪器设备和图书资料的选购,指导气象台日常观测和天气预报业务的维持,可谓“殚精竭虑,亲力亲为”。

这一时期,气象系的课程体系较之设置气象专业初期,在广度与深度两个纬度发生明显变化。四年中必修课程达到23门,专业课程除了理论气象、气象学、气候学之外增加了热学和高空气象。此外,天气观测、天气预报以及实习的比重都有所增加。

图片清华大学气象学系部分毕业生

抗战复员到1949年的三年时间里,气象系共培养了12位毕业生:章淹、仇永炎、严开伟、葛学易(1947);周琳、洪世廉、唐知愚、陈滨颖(1948);朱抱真、王世平、王余初、胡人超(1949)。虽然总数看上去很少,但年平均毕业生数量和清华早期、西南联大时期基本一致。在这部分毕业生中,有3人入选《中国气象百科全书》,他们是:章淹、仇永炎、朱抱真,均为气象学家。

(三)1949年后的清华气象学科发展轨迹

1.院系调整与清华气象系

1949年10月1日,中华人民共和国成立,中国历史翻开新的一页。随着社会主义革命和建设的展开,中国高等教育体制开始发生深刻变化。新中国成立前后,为了适应社会经济的恢复以及工业化建设的需要,对高等教育体制进行了一系列改革,首先是课程改革,接着是大规模的院系调整。

在当时的政治背景下,依照当时对教育改革的思路和认识水平,按照苏联经验,对清华大学的定位是“多科性工业大学”,于是在1952年全国高等院校的“院系调整”中,理学院就被“一锅端掉”,所属的各个系根据不同的专业性质,或合并,或调整,融进了不同的高等院校中,而气象学系因其物理属性,被调整为北京大学物理系气象专业。从此,播种于清华园的“气象之花”被移植到未名湖畔。

2.开枝散叶与薪火再燃

2019年5月25日,北京大学隆重举行了“大气科学学科建立90周年庆祝大会”。其实,北大大气科学学科就是由1929年清华地理学系气象组一路发展而来。经过清华23年精心培育中国气象高等教育之花在北大“开枝散叶”,如今已发展成为“北大物理系大气与海洋科学系”,是中国大气科学界的学术重镇,设有暴雨监测和预测国家重点实验室,在人才培养、科学研究、社会服务等方面都做出了杰出贡献。北大“大气科学学科”迄今曾先后获得15项国家级奖项、培养了20位两院院士、在第四轮学科评估中获得A+。

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清华大学天文台

清华在1952年之后没有了气象学科,这是一个历史性的遗憾。好在这一遗憾在半个世纪之后得到了弥补。随着改革开放事业的不断深入,清华大学提出了建设世界一流大学的伟大目标,同时在学科设置上也不断增加与调整。从2009年筹办“清华大学地球系统科学研究中心”,直到2016年11月30日“清华大学地球系统科学系”正式成立,包含气象理论的大气物理学科重新出现在清华园,这标志着“清华气象”的薪火再次复燃。

与此同时,与气象学科高度相关的天文学科建设也在清华开展。清华于2001年在物理系中成立“天体物理中心”, 2019年3月28日正式批准成立天文系,清华“大物理”学科的发展进入到一个新的时期。

五、结语

在中国气象科学发展史上,清华人曾用23年时间写下了“测气观象、立业育人”的清华篇章,也为清华科学精神注入不可磨灭的“气象”元素,研究这段历史极具人文价值和现实意义。在创建世界一流大学的进程中,清华没有简单地恢复气象学科,而是在地球系统科学和天文科学领域内,以创建地球系统学科和天体物理学科的举动使前人留下的薪火复燃,并且越烧越旺。这种紧盯科学发展的“前沿”,在学科层级设置思维时的螺旋式上升,需要占领科学高地的勇气和“行胜于言”的精神,与当年在成立大学初期选择设立气象学科一样,具有“异曲同工”之妙。

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清华气象台发展为天文台

特别令人欣喜的是,作为清华气象系当年留下的唯一遗产,气象台在历经70年风雨后迎来了它的新生。在天体物理学科建设中,它被改建为“清华天文台”,而新天文台的外观设计则由清华校园建筑大师——关肇邺院士担纲。为使其显得更加雄伟壮观,在原气象台的基础上又加建了一个天文穹顶。几年来,这座颇为壮观的白色八角形塔式建筑,已经助力十几名博士生及博士后学业有成,也使得清华天体物理学科在国际评比中后来居上,名列前茅。

“好雨知时节,当春乃发生”。今天的清华科学事业发展,正处在承前启后的历史阶段。前人留下的精神财富,史上未有的物质条件,得天独厚的发展环境,创新引领的高涨热情,这一切构成了“天时、地利、人和”的事业发展氛围,清华的科学事业发展春光无限,前途似锦。衷心祝愿清华人在科学之路上攻险克难,勇往直前,不断迎来风雨后的一道道的彩虹!这正是:

测气观象识寒暑,立业育人续古今;
栉风沐雨尝甘苦,经天纬地创乾坤!

【本文完】