每時每刻的新挑戰

傅宗玫

地球大氣是一個極度復雜的流體。大氣中的水在氣態、液態、固態之間不斷轉換，在不同地方成云致雨，形成干旱和濕潤的氣候區。大氣里還有上萬種其他化學物質，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。

大氣科學研究兩大手段

面對大氣這樣復雜的系統，我們如何研究它呢？大氣科學研究人員有兩大手段：觀測和數值模式。我們研制各種各樣的儀器設備，裝置在地面，或搭載在氣球、飛機、人造衛星上，測量大氣的物理化學性質及其變化。科研人員們分析觀測數據，總結大氣現象，并對形成這些現象的過程提出假說。可是，大部分情況下我們不能對大氣做控制和對照實驗，那么如何驗證這些假說呢？這就需要大氣數值模式了。簡單地說，數值模式總結了我們目前對大氣物理化學過程全部的認識，并以數學形式寫下來，成為一個近似于真實大氣的“模型”。我們可以用這個模型做各種“實驗”來檢驗假說。

例如，我們提出一個假說：人為活動排放的二氧化碳是造成全球溫度上升的主因。研究人員用大氣數值模式做一個控制實驗，其中大氣化學成分全部來自自然界;另外再做一個對照實驗，其中大氣加入人為活動排放的二氧化碳。比對兩個數值模式的結果，就能檢驗人為活動排放的二氧化碳是否造成全球變暖。當然，數值模式的結果必須和觀測相符。如果模式結果不符合觀測，代表這個“模型”還不夠好，與真實大氣還有差異，那么就需要進一步研究大氣物理化學過程，改進數值模式。

計劃趕不上變化

在大家的想象中，做科學研究是不是一件特別井然有序、一切按規劃進行的工作？實際上，做任何科學研究，都要做好應付突發狀況的準備。特別是在野外做實驗，總會有各種出乎預料的情況發生，考驗著科研人員的危機應變能力。

2015年春季，我們準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性質。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。我們才發現當天是農歷初一，平潭當地民眾有焚香拜神的習慣，產生的煙被儀器偵測到了。

按照原定觀測計劃，我們的研究重點是福建沿海4月份頻繁發生的大霧事件。可是那年4月，我們卻苦苦等不來霧。距離預計實驗結束只剩下9天了，這天晚上，平潭發生劇烈的雷暴天氣，大風把觀測艙的頂部吹掀了一個角，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，并且提早結束了實驗。

我們原本計劃第二年春天再到平潭觀測。沒想到的是，當年夏天的一場強烈臺風，把固定在屋頂的觀測艙，整個刮進了海里。我們損失了整個觀測平臺的固定設備……由于研究經費有限，我們沒辦法重新建設觀測艙，不得不修改后續的研究計劃，從已經得到的觀測數據中挖掘有用的信息。

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

（責任編輯/劉京 ?美術編輯/胡美巖）endprint