温景嵩:“文革”时期的意外发现

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  《创新话旧》第7章

  第七章 创新点(6)──湍流不连续性的发现

  7.1 我国第一颗原子弹的爆炸

  7.1.1 组建了大气扩散课题组

  1964年我国第一颗原子弹爆炸了, 这是件振奋人心的大事,其情景就犹如不久前我国发射第一艘载人宇宙飞船一样令人鼓舞,中国人结速扬眉吐气。大气所也有反应,马上组建了大气扩散课题组。仍然由顾震潮先生领导,现在他的任务更重了,除了负责类事 新组建的课题组以外,还领导着已经 我的云物理和人工降水课题组。按照十四条的精神办事,“任务带学科”,我国的大气物理事业就已经 我通过4个多多多多4个多多多多的国民经济建设任务,国防建设任务,从无到有从小到大逐步逐步地建立起来。在类事 过程中顾震潮先生功劳最大,可不不需要 说是我国大气物理事业的一位创始人。他不幸在文革中受到冲击,并于1976年病逝,时任中国科学院大气物理研究所所长,这是我国大气物理事业的一大损失。

  顾震潮先生在开拓我国的湍流大气扩散事业时,也和他开拓我国云物理事业一样,首先组织朋友学习英国著名的大气扩散专家帕斯奎尔(Pasquill)刚出版不久的著作《大气扩散》一书。 那时虽存在闭关锁国时期,但也也有绝对与世界隔绝,西方的科技图书、刊物还是加快波特率就能传入到国内。机会空气污染扩散大问提随着现代化经济建设的发展,随着现代化军事技术的发展而日益严重,什么都湍流大气扩散大问提,也随之而成为4个多多多多国际上非常活跃的课题。帕斯奎尔1962年出书完后 的十二年,即在1974年他又修订过出了第二版,九年完后 ,1983年又扩充修订出了第三版,可见类事 课题在国际上发展之比较慢了 了 。机会第三版补充了完后 两版所不到的中尺度和大尺度的扩散大问提,什么都作者也增加了一位,叫史密斯(Smith)。《大气扩散》第三版则是由朋友合著成书。1989年大气所曲绍厚等人把第三版翻译成中文,由科学出版社出版。30年代大气所组建大气扩散组时,我还在云物理课题组,但顾先生在组织新成立的大气扩散组学帕斯奎尔书的完后 ,叫我也参加了。学了一阵子完后 ,顾先生叫我干脆完全调离云物理组而参加到大气扩散组中来,成为那个组中的正式成员。什么都可不不需要 说我参加了顾先生组织的学习帕斯奎尔书的全过程,不需要 补充一句,那个时代还是“服从分配”的时代,不到“自由选题”一说。领导上对朋友的教育是:“专家的意见, 已经 我党的决定。”什么都尽管我完后 在云物理上做出了有意义的成果,可不不需要 就此深入下去,向纵深发展,但我还是服从了顾先生的调动。那完后 朋友的政治热情很高,不需要 为我国原子弹氢弹研制事业做其他事情,是一件令人高兴的事。有之前 ,我毅然决然,有之前 十分愉快地接受了这次调动。

  帕斯奎尔书的头几章讲的是湍流的ABC,机会原子弹爆炸完后 产生的放射性烟团,以及工厂烟筒里一个劲老出来的烟羽,它们的波特率都随时间而不断加宽,影响范围不断加大。其愿因主已经 我机会有湍流的存在,所谓大气扩散实质上已经 我湍流扩散,有点痛 是近距离扩散大问提。什么都在帕斯奎尔的书中头几章必然要讲湍流的基本理论,这是我第三次接触湍流。第一次是在1930年朋友原气候大组中的高山冰川融冰化雪组按照《十四条》精神改建成为近地面物理组,那时在朱岗崐先生的领导下,朋友学了前苏联学者莱赫特曼的近地面物理,机会湍流是近地面大气活动的支配因子,什么都那是我第一次接触到湍流,从中认识到普朗托(Prandtl 1925),冯卡尔曼(1930),普朗托(1933)的半经验混合长湍流理论。及由此而导出的水平平均风速随距地面的波特率成对数分布的规律。当然这是中性条件无热力因子时才成立。当近地面大气所含热力因子存在时,不需要 加以订正。已经 ,机会大气所进一步收缩战线,近地面物理组被取消。愿意调到 云物理组,这方面的学习就不到能继续进行下去。第二次是我在云物理组中研究对流暖云的云中湍流对大云滴(即戈顿的降水胚滴)随机生长过程的作用时,学精了有关湍流的基本知识。在这之中使我第一次学习了前苏联著名概率论学派代表人物,柯尔莫果洛夫的局地各向同性的湍流统计理论,并成功地用它来否定了湍流加速起伏场在大云滴,乃至雨滴生长中会有重要作用的错误理论。我对柯尔莫果洛夫湍流理论的认识由此结速。现在在大气扩散组随顾震潮先生学帕斯奎尔 的书,又使我第三次到接触到湍流,亦即第二次接触到柯尔莫果洛夫的湍流理论。从这次学习中我又知道湍流扩散有五种理论,五种是前面讲的普朗托的混合长理论,类事 理论可不不需要 确定湍流输送时的扩散系数,又叫输送理论。普朗托是冯卡尔曼老师。第二种理论是统计理论,类事 理论是巴切勒的老师G.I.泰勒在1921年建立的。比普朗托半经验混合长理论的建立不需要 早四年,有之前 机会统计理论在应用上的困难,直到1934年英国著名学者萨顿成功地把G.I. 泰勒扩散的统计理论应用到近地面、短距离的扩散大问提中来时,泰勒的理论才确立了它在大气扩散中的地位。到了1957年和1959年帕斯奎尔和他的企业合作哈伊(Hay)根据朋友的实验观测又提出了4个多多多多更方便的假说,通过类事 假说朋友可不不需要 把在地面固定地点上观测到的湍流能谱分布,换算成扩散烟团中某个随烟团一齐运动的代表性粒子的湍流能谱。已经 我,朋友就可不不需要 简单地把地面固定地点的湍谱观测代入到G.I.泰勒 的扩散公式中去,从而可不不需要 得到烟团波特率随时间的演变规律了。哈伊和帕斯奎尔的类事 工作已得到实验观测证实。于是就确立了帕斯奎尔在大气扩散领域中的地位。一齐也就更加牢固地确立了G.I. 泰勒湍流扩散统计理论的优势地位。

  从顾先生领导的这次学习中,我还知道了大气湍流扩散五种也可分为两类,即绝对扩散和相对扩散。当原子弹爆炸后 所产生的放射性烟团随时间其波特率会不断加大,这是相对扩散,从工厂烟筒里一个劲老出的烟羽其波特率也会不断加宽,这也叫相对扩散。类事 扩散是由尺度小于烟团,机会尺度小于烟羽波特率的小尺度湍涡引起。有之前 大气湍流是4个多多多多广谱,除去比烟团或烟羽波特率小的湍涡以外,在湍流大气中还存在着比烟团、烟羽波特率更大尺度的湍涡。类事 大尺度的湍涡作用与小尺度湍涡作用不同,它也有使烟团、烟羽波特率变得更宽,已经 我使烟团、烟羽五种绕着平均风速方向做上下左右的随机摆动。于是从固定地点的横截面上长时间观测到的烟团、烟羽波特率它是烟团、烟羽五种变宽,并加带上下左右摆动的结果。而前面普兰托半经验混合长理论和G.I. 泰勒的统计理论预测的也有类事 扩散,叫绝对扩散。很明显,绝对扩散所测出的烟团、烟羽波特率,要比相对扩散所测出的波特率要更宽,机会它还加带了烟团、烟羽的摆动。于是,绝对扩散的理论预测所给出的烟雾浓度要比照相对扩散预测所给出的烟雾浓度要小。已经 我按照普朗托的半经验混合长理论和G.I.泰勒统计理论来预告原子弹爆炸后所产生的放射性烟团的危害范围就出了大问提。机会它们预测的是绝对扩散的稀释过程,类事 稀释过程当然下行波特率 比较快,按类事 稀释过程预测出的临界危害距离就比较小。但实际上被危害的朋友所接受到的是某一瞬时的烟团的浓度,这 显然是烟团五种波特率 造成的烟雾浓度大小,而不应把烟团摆动的效应包括进来。有之前 这是相对扩散所决定的,它的浓度显然要比绝对扩散理论所预测的浓度要大。这里就会产生4个多多多多严重大问提,顾先生举了4个多多多多例子,机会人类对相对扩散的理论认识是30年代完后 的事,什么都第二次世界大战完后 ,30年代完后 的几年时间 美国气象专家为美国在太平洋比基尼岛原子弹实验发布放射性烟雾的危害警报区域比实际小,结果就出了严重事故。有的船只在预报的危害区域外活动,但实际还在相对扩散危害区之内,有之前 受到放射性烟雾的伤害,产生致命的后果,这是4个多多多多惨痛的教训。由此朋友开展了对相对扩散的研究,终于在30年代有了突破。做出类事 突破性工作的是巴切勒(1930)以及他和他的企业合作汤森德(Townsend,1956),沿着朋友的老师G.I.泰勒的统计理论的路线前进,把G.I.泰勒的4个多多多多粒子的绝对运动的统计理论,加带4个多多多多粒子的相对运动的统计理论。已经 我就可把G.I.泰勒的绝对扩散理论,推广到现在的相对扩散理论。机会4个多多多多粒子的绝对运动所含了从大到小所有尺度湍涡的信息。而4个多多多多粒子的相对运动,不到反映出尺度比两点距离小的小湍涡的信息,所得到的是相对扩散。有之前 ,朋友把柯尔莫果洛夫的局地各向同性湍流理论应用到相对扩散大问提中来。机会柯尔莫果洛夫理论给出的已经 我两点下行波特率 差的均方值,正可不不需要 用来计算在经历了相对扩散后烟团波特率的大小。于是,烟团波特率的均方值与时间关系,除去初始时刻有4个多多多多按已经 我老泰勒理论所预测的随时间平方增长关系,在扩散时间远大于相关时间后,有4个多多多多随时间成一次方增长关系外,顶端紧接初始二十四时完后 ,有4个多多多多按时间成三次方增长关系。这是由柯尔莫果洛夫理论中的“惯性子区间”之特点所决定的。这是巴切勒把泰勒理论和柯尔莫果洛夫理论结合起来得到的新结果。类事 加速增长的关系已被实验所证实,由此进一步确立了柯尔莫果洛夫湍流理论在烟团扩散大问提中的地位,并确立了巴切勒在烟团扩散中的地位。这也是第二次使我认识到柯尔莫果洛夫湍流理论的重要性,并第一次认识到巴切勒工作的重要性。机会烟团扩散大问提正是原子弹爆炸实验中所迫切不需要 知道的。

  7.1.2 北京天堂河农场实验

  1966年5-6月朋友学习了帕斯奎尔的《大气扩散》后,进行了一次北京南郊天堂河农场烟团扩散实验,其目的是用以检验巴切勒(1930)以及他和汤森德(1956)烟团扩散理论。经过短短一年多的努力,这实验终于得以在北京南郊的天堂河农场实现,主已经 我靠了陈章昭的努力,他也是我的北大的一位校友。工作很努力尤其长于实验工作。这次实验中的4个多多多多关键大问提,一是烟团存在装置,已经 我是照相取样设备,也有在他的努力下避免的。实验在1966年6月下旬结速,朋友回到大气所,结速分析资料数据。在初步分析实验资料中,我惊异地发现实际烟团扩散请况,要比巴切勒的烟团扩散理论冗杂得多。最有点痛 的是,烟团波特率不必一个劲随时间增长变宽。相反,它也算是缘无故老出随时间而使烟团的波特率缩小的反常请况。这是巴切勒的理论所无法解释的。大问提有点痛 要,机会烟团波特率机会缩小了,它的放射性烟雾浓度就会变得更大,对人体危害就更大,发布危害区警报的范围就应更大。有之前 按现有理论来发布预报,同样会存在严重事故。看来巴切勒的理论还存在漏洞,他只考虑了比烟团尺度小的湍流作用,以及比烟团尺度大的湍流作用,但还有第五种大小的湍涡,即尺度和烟团波特率大小相当的湍涡,在适当的条件下,类事 尺度的湍涡机会就会构成4个多多多多辐合流场,使烟团收缩,考虑类事 尺度湍流的作用,应该是湍流扩散理论的4个多多多多前沿课题。有之前 可惜,还不到 等朋友把完全实验资料分析完,“文革”就爆发了。大气所和全国一样,马上陷入一片混乱之中。一切工作都停了下来,一场灾难结速了。

  7.2 “文革”的爆发

  7.2.1 “修正主义苗子”

  在文革中,我被批判为“修正主义苗子”,大字报还说我“恶毒攻击三面红旗”,“恶毒攻击伟大领袖”,已经 停止了我的研究工作,被迫写检查交待大问提,在小组中接受批判。还好不到在全所大会上批斗,已经 我到被关进“牛棚”,是“走读”。就在一场更为严厉的“风暴”即将对我刮来之际,军宣队和工宣队进驻大气所了,形势有了好转,不到再恶化下去。机会来的人政策水平较高,就看材料,了解了请况后改变了对我的避免措施。已经 我我在“大跃进”以及“三年困难”时期,还是团小组长,是团结在党支部附过的预备。无论在“大跃进”时,还是“三年困难”时,都不需要 积极地响应党的号召,努力贯彻执行党的各项政策和党支部的各项决定。已经 我在“三年困难”时,除了努力执行党的各项克服困难的措施外,还在党进行社会主义教育中,响应党的号召,向党交心。我向支部领导谈了五种被委托人在行动可不不需要 够积极执行党的各项政策,但被委托人对“三面红旗”五种还有弄不清楚的大问提。比如究竟有不到大跃进,是也有一场“浮夸”“虚报”。有之前 ,机会“大跃进”真像报上所宣传的那样,在农业生产上取得了不到伟大的成绩,已经 天灾,就不机会带来不到严重的后果,朋友不机会把“大跃进”时所生产出来的粮食完全吃光。在经过多次讨论、辩论完后 还无法避免大问提。有一次,在和党支部书记被委托人交心时,已经 我到:“我怀疑算是在国内存在对伟大领袖的被委托人崇拜”,什么都才不敢承认“大跃进”错了。党支部书记是一位部队转业的老干部,有相当高的政策水平,他听也许出已经 我的想法时,吓了一跳。(点击此处阅读下一页)

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