Monday, January 15, 2007





















UCLA的地下室到UW-Madison的頂樓

王寶貫
美國威斯康辛大學大氣海洋科學系

1967-1971

台灣大學

我是1967年台南一中畢業後﹐通過大專聯考來到我們系的。我在高中時期就很喜歡天文﹐但是當時台灣的學天文條件很差﹐不用說根本沒有天文系﹐大概連天文課也沒有任何學校(大學或中學)教授﹐唯一的知識來源是書籍。那時的書籍也極少﹐只有一些介紹星座的小書。幸而有位同學黃智光也對天文有興趣﹐所以偶而可以和他討論討論。那時氣象局每年還出版一本《天文年曆》﹐印製每月星象圖﹐行星軌道﹐及一些重要天象(留﹑衝﹑合﹑逆行﹑凌日等等)﹐此外還有一些天文小常識。這本《天文年曆》可以說是那時台灣的天文迷們最基本的精神糧食。

來到咱們系之後﹐有許多位同學顯然一開始就準備要轉系的﹐常聽到他們在討論轉系要修那些課等等﹐而他們大多數後來也的確轉系成功﹐去發展他們的遠大志向去了。結果到了大三﹐我們這一年級只剩十個人﹐全部都是男生﹐當時戲自稱是『十條好漢』﹐其中有四位是香港僑生﹐所以本地生只有六位。

我因一向是『隨遇而安』型的人生哲學﹐是故沒有轉系的打算﹐而且還覺得﹐反正大氣層再往上一些就是天文學的範圍了﹐跟原來天文的興趣也算『有關』﹐所以唸大氣嘛也沒有什麼不好﹐因而也就死心塌地念下去了。以現在眼光來看﹐至少在理論基礎上﹐氣象跟天文的確並沒有很大的不同﹐都是應用了大量的物理及數學來進展的學科。而且當時在咱們系還有一個好處﹕系上老師周根泉教授原是氣象局副局長﹐每年氣象局出版《天文年曆》(氣象局也有個天文臺﹐記得當時是一位丁有存先生在主持天文方面的業務)﹐他都會拿一本贈送給我﹐所以每年買這本書的錢也可以省下來了。語云﹕『禮輕情義重』﹐周老師如今已仙逝﹐但我仍然記得這件贈書的往事﹕對一個年青學生而言﹐師長的關注就是最佳的鼓勵。

那時的系主任是亢玉瑾教授。亢老師據說原來在空軍氣象部門﹐後來才轉來大學裡。他一直都在教物理氣象方面的課程﹐而在我大三時﹐他到美國內華達州的沙漠研究所(Desert Research Institute, DRI)作了一陣子進修研究﹐回來之後開了一門雲物理的課程。我之接觸雲物理學這個領域﹐就是從亢老師那門課開始的。想起來﹐那時的雲物理才剛萌芽不久﹐很多現象大家都是一知半解﹐老師和學生一齊在黑暗中摸索﹐跟現在比起來﹐真是不可同日而語。

在台大四年之中﹐我仍然沒有忘記天文。那時台北有個【台北市天文同好會】的組織﹐主持人是台北市圓山天文台的台長蔡章獻先生﹐任何對天文有興趣的人都可參加﹐我自然是不會放過這個機會的了。天文台每周六晚間開放讓人參觀﹐我只要有空﹐大概都會去報到。記得從大一到大三的三年裡﹐每周六晚到天文台的時候﹐多半只有我一個人是參觀者﹐而『台方』就是蔡台長一個﹐所以那時和蔡先生非常熟﹐連帶和台裡的六吋及十六吋的兩座天文望遠鏡也成了老相識。天文台外面手牽手散步『人約黃昏後』的青年男女倒是不少﹐就是沒有幾個對天文台有興趣的。誰知到了大四那年﹐不知道是什麼原因﹐週六開放時﹐天文台開始有較多的人進來參觀﹐有人一看到我在場﹐以為就是天文臺的職員﹐不管三七二十一就問將起來﹐我也只好自充『無給職“台”策顧問』不管三七二十一就答將起來﹐還好他們問的都是很粗淺的天文常識﹐是故沒有什麼疑難雜症狀況出現。

1971-1973 空軍氣象官

1971終於從台大畢業﹐跟當時絕大多數男生一樣﹐去服了兵役。不知是老天特別照顧或特意找碴我們這一年次的學生還是怎的﹐好像很多奇怪的事都從咱們這一年次的開始。像所謂的『省辦高中﹐市辦初中』就是從我們這屆開始的。另一項『特別待遇』就是﹐從這一屆起預備軍官必須服役兩年(之前是一年多一點)﹐而且還必須通過考試(之前是只要學士畢業就是當然的預備軍官)。結果咱們這屆本地生(僑生不用服役)就只有我一人通過氣象官考試而成了空軍氣象官﹐其他同學卻『淪落』到別的兵科去了。在岡山空軍通校受完訓﹐抽籤(又是老天特別照顧)分發到公館的空軍氣象中心﹐從咱們系館走路就可以到了。當時的中心主任是林則銘先生﹐後來換了俞家忠先生。現在文化大學的劉廣英兄及後來也任氣象聯隊長的徐天佑兄其後也陸續來到氣象中心。由於和系館很近﹐所以在那兩年中我也常常回來找些資料﹐後來還任亢玉瑾教授的助理﹐幫他整理一套雲物理的電腦程式。

1973-1980 UCLA

服完兵役﹐和當時大多數的台大學生一樣被捲在留學的浪潮裡﹐說起來有點『身不由主』﹐若問為什麼留學﹐只怕真正的答案就是﹕『大家都留學嘛﹗』(表面上的理由當然不外乎是『科學報國』﹐大家也都是這麼說)那時的留學其實就是留美﹐因為在二次大戰之後﹐九○年代之前﹐除了美國﹐全世界幾乎沒有一個國家能消化這麼多外國留學生﹐尤其是理工科技方面的。而美國在二次世界大戰之後﹐被公認是世界第一富強的國家﹐在那個年代﹐只要在街上看到『阿卓仔』洋人﹐大家一定都說是﹕『美國人﹗』在這樣的浪潮下﹐我也被沖到太平洋彼岸的UCLA

到洛杉磯的第一印象是﹕『咦﹖人都到哪裡去了﹖』洛杉磯雖是美國『數二數三』的大城市﹐由於它的面積廣大﹐人口密度比起亞洲的大城市卻是小了一個量級。初到洛杉磯﹐大白天在住宅區裡走﹐多半靜悄悄地不見一個人。所以反過來﹐現在回到台灣任何一個都市的第一感想一定是﹕『哇﹗實在有夠吵﹗』。

UCLA1973﹐那年近代氣象學的老祖之一﹐畢耶克尼士教授(Jacob Bjerknes﹐和他的父親Wilhelm Bjerknes同為極鋒學說的創始人)﹐尚在系上活動。我對他印象不深﹐只知他對一般學生很和善(不過聽說他對自己的研究生很嚴厲﹐據說UCLAYale Mintz教授原是他的學生﹐在登門問他問題時﹐曾被饗以『砰的一聲』關門的閉門羹待遇)。他於1975年七月去世。

至於我自己卻是一開始就打算念雲物理﹐倒也不是因為前此在亢先生那裡接觸了雲物理的關係﹐而是從小對雲就很好奇。台灣這種高溫高溼又有高峻地形的亞熱帶大氣環境是各式各樣的雲生成的絕佳環境。在我小時﹐從台南到台北是一個漫長的路途﹐通常的交通工具當然是火車。火車晃悠悠地走過映著天光雲影的水田﹐經過青翠神秘又廣闊濃密的甘蔗田﹐穿過山谷中的蔥鬱樹林﹐和現在的高速公路鐵路比起來﹐有如乘匹老馬在鄉間閒步一般。台灣既多山﹐當山線的火車上了山﹐有時見到一片薄雲就橫在不遠的山腰﹐有時則見到峰巒疊翠﹐層層相倚﹐似乎浮在一片雲海之上﹐把人的思路引向無窮遠的雲山之間。至於颱風將來時﹐那些似乎要上摩天頂的積雨雲更令人想像無限﹕『不知道從那雲頂上往下看是個什麼光景﹖』(後來終於從近幾年來高解析度的衛星雲圖看個過癮)所以既然來到UCLA﹐就打定主意﹐要把雲這玩意弄得一清二楚。結果找到的指導老師是普魯帕克教授(Hans R. Pruppacher) 他原籍瑞士﹐在瑞士聯邦理工學院唸完相當於物理化學碩士的學位﹐卻在UCLA 完成氣象博士並成為教授﹐後來回歐洲去﹐已於數年前退休。

不過我剛到UCLA的那學期﹐普魯帕克教授因在歐洲車禍住院﹐一時回不來﹔結果是由他的博士後助理﹐也是他第一個畢業的研究生畢爾德博士(Kenneth V. Beard)『代訓』。畢爾德後來成為伊利諾大學(香檳校區﹐UIUC)的大氣科學系教授。那時他和普魯帕克正在作雨滴清除大氣中懸浮粒子的實驗研究﹐我很自然地就加入了這項研究。我們有一個九層樓高的設備﹐稱為雨柱管(Rainshaft)﹐是個口徑大約二十吋左右透明的壓克力管﹐當然是由好幾截接合密封起來的。在管的下端則接有另一段約6呎長而直徑為6吋﹐兩端有機門可以開闔的壓克力管﹐稱為『氣溶膠室』(aerosol chamber)﹐內貯我們自己製造的懸浮粒子。我們自製的雨滴(可以控制大小)從頂樓滴下﹐經過這約百呎長的雨柱管而早達終端速度﹐然後進入氣溶膠室﹐掃掠了一些懸浮粒子﹐最後被底端的收集器所收集。主要的儀器設備﹐以及UCLA有名的雲風洞(cloud tunnel﹐一個可以懸浮水滴及冰晶的垂直風洞)﹐都是在數學館(大氣系位於數學館內) 的地下室。

為了這個設備﹐我們自己設計了各部份的圖形﹐要求系上的技師製造出來。我們還要保證雨柱管內沒有太大紊流﹐因此兩節之間要仔細以膠漆密封。至於氣溶膠室更是要注意密封了。這些並沒有商用裝備可買﹐而是自己動手建造的。另外﹐還有氣溶膠產生器(aerosol generator) 也是我們自製的。這第一年基本上是跌跌撞撞的學習過程(包括英文)﹐唯一可堪告慰的是﹐兩位『老先覺』屢試不成的使懸浮粒子均勻帶電的實驗﹐卻由我這半通不通的毛頭小子作出來了。測量收集到的懸浮粒子質量用的是【中子激發分析法】(neutron activation analysis, NAA)﹐需要用到核子反應器﹐因為質量實在太小﹐只有0.0000000001克左右。而測量個別粒子的大小(大約0.5微米左右直徑)﹐則需要用掃瞄電子顯微鏡(SEM)。這兩樣儀器當年在台大大氣系上(甚至整個台大)是沒有這種條件的﹐所以對我而言﹐都是從頭學起的學問。

這樣費了九牛二虎之力﹐努力了兩年﹐才好不容易獲得了兩點數據﹐雖然結果還不錯﹐可是看到其它作理論的同學每次跑一個程式﹐印出來數以萬計的『數據』﹐不禁有些頹喪。畢爾德安慰我說﹕『好的實驗數據是永久的。程式跑出來的數字其實不能叫數據(data)﹐只能叫做output﹔而大部份的output其實只是putout( 無意義的電腦“吐出物”)。』這樣講當然會讓實驗研究者心上平衡些﹐因為有許多實驗往往耗費龐大人力財力﹐所得結果卻是十分稀少。然而既然累積了一定經驗之後﹐研究作起來就比較得心應手了。1978年畢業時﹐不但把precipitation scavenging的實驗做完﹐而且還完成一套解析模式﹐可以計算雨滴掃除小浮粒的收集效率。此外﹐還趁空檔作了測量大水滴的加速實驗及半經驗式的計算方法﹐結果也頗不壞。

1978-1980是在UCLA從事博士後研究的時期。這期間的主要工作是裝備雨滴與二氧化硫反應的實驗。這時已有兩位同樣是博士後的研究員來參加我們這個團隊﹐一位是印度來的Subir Mitra﹔另一位是黎巴嫩來但是本身是阿美尼亞人的John TopalianSubir也是UCLA大氣系的博士﹐原本也想要當Pruppacher的研究生﹐不過他說第一次看到Pruppacher時﹐被他的嚴肅表情嚇壞了﹐竟然不敢開口。後來才明白原來他是所謂的『面惡心善』型﹐非常照顧學生。Topalian則是UCLA化學系的博士。我們三人相處得非常愉快﹐而此時的研究生生是Roy Rasmussen(現在NCAR)Chris Walcek(現在SUNY-Albany)

這個研究計劃來自美國環保署(EPA)﹐審核計劃的人說此實驗原則上不可能作﹐因為二氧化硫比空氣重﹐只要一打開容器讓雨滴通過﹐它就會從底部泄出來。我們卻想了個辦法﹕在二氧化硫的底部灌上一截冷媒Freon。後者比二氧化硫還重﹐所以基本上就把二氧化硫托在上面﹐使得實驗得以進行。

在這期間﹐我讀了一篇中國學者竺可楨利用中國古代文獻記載的各種物候現象做出中國地區三千年來的溫度變化﹐覺得非常有趣。正巧我對古漢文也很有興趣﹐知道中國古人認為『冬雷』是個不祥現像的說法﹐於是花了點時間去找二十四史裡的冬雷記錄﹐作了統計﹐與竺可楨的溫度曲線互相比較。本來以為結果會是溫暖期的冬雷頻率較高﹐誰知作完後發現關係正好相反﹕寒冷期冬雷頻率較高﹗寒冷期一般對農業而言﹐氣候條件較差﹐社會可能較不穩定﹐戰亂也多﹐也許因而使古人產生『不祥』的印象吧﹖這篇後來發表在《氣候變化》(Climatic Change) 雜誌上。

另一篇則是和UCLA另一位教授George Siscoe 聊天聊出來的。在一次某位同事家中的聚會中﹐他提到一位NCAR的太陽物理學家John Eddy新近有個理論﹐認為太陽活動的11年週期只是近來的物理現象﹐而古代的太陽也許其物理規律完全不同。他的主要依據是﹐在古代記載觀測日全蝕的現象時﹐竟然沒有人提到過有太陽活動的跡象。我馬上記起﹐在中國商代的甲骨文(卜辭)中﹐就有一片上刻『乙卯允明﹐霧﹔三焰食日﹐大星』的記載。它意思是說﹐在乙卯那天天亮時﹐有霧。不久就發生日全食﹐在日旁可以看到三道火焰﹐並可以看到大星。或許這位觀測日蝕的老兄認為﹐這三道火焰就是造成日蝕的『元凶』。這三道火焰也許是日冕﹐也許是日珥﹔但反正就是太陽活動的標誌﹐代表三千年前的太陽照樣有活動﹐所以上述的理論顯然是錯誤的。此篇後來發表於《太陽物理》(Solar Physics) 雜誌上。1980年冬季﹐我還任了UCLA 得兼任助理教授﹐教一門雲物理課。現在中央大學的隋中興教授是那堂課裡的學生之一。

1980-現今 UW-Madison

1978年剛畢業時﹐本來有個工作機會是在紐約市的NASA太空研究所(GISS)﹐主管是James Hansen博士﹐二月中找我去面談。那時還沒有經驗太多的寒冷氣候(高中參加冬季高山健行﹐在中橫大禹嶺經歷過一次零下溫度)﹐而二月的紐約還真冷得可以﹐基本上是攝氏零下的溫度。我等台灣來的熱帶動物自然是裹以厚重大衣﹐而中午去外面共進午餐時﹐Hansen博士竟然只是單薄白襯衫一件﹐似乎連內衣也沒有﹗虧得他連打個抖嗦都沒有。回來之後很快就接到他的信要我去GISS﹐我回了信表示婉謝﹐當然表面上不是用天氣太冷的理由。後來姚茂松學長也去那裡求職﹐他卻是一進侯門深似海﹐從此就在GISS效力了。

誰知1980年來到威斯康辛﹐才真經歷了所謂『寒冷氣候』是怎麼回事。比起來﹐紐約的冷也只能算『中巫見大巫』。除了冬天的冷之外﹐這裡的雪也很可觀。記得有年某天幾小時之內就下了十幾吋的雪﹐我穿著長統靴子在雪堆裡『跋涉』﹐突然想起有位曾去台北七星山『賞雪』的朋友跟我描述﹕『雪看起來就像一層薄薄的麵粉』﹐不禁當場放聲大笑﹐週圍的行人用奇怪的眼光瞪著我﹐心裡大概在想﹕『這個東方人可能冷瘋了﹗』。

來到威斯康辛大學氣象系(那時尚未改今名)﹐我起初的研究項目仍然是雲微物理方面的﹐可是剛開始卻被要求教研究生一年級的動力氣象﹐對象是原非氣象科系畢業的研究生﹐多半是物理或數學系的。原因是本來教這門課的許渥菲格(erner Schwerdtfeger)教授剛退休﹐於是他的課就由我來頂﹐就如此『硬著頭皮』教了三年的動力﹐也等於強迫我自修了三年動力氣象﹗現在在澳大利亞CSIRO任職的Tony Hirst 博士也在這班上被我『誤』過的子弟之一。

威斯康辛的日耳曼氣氛很濃厚。這州的移民大多數來自德國﹐北歐和東歐﹐我剛來時﹐系上有三位二次大戰後被『接』到美國的原德國老教授﹕列討(Heinz Lettau)﹐瓦爾(Eberhard Wahl) ﹐以及上述的許渥菲格。許渥菲格要直到他去世之後﹐我們才知道他原來是二次大戰末期主掌德軍氣象預報業務的長官。當艾森豪率領聯軍在法國諾曼第入侵登陸歐洲大陸時﹐他就負責德軍那邊的預報。從現在找得到的資料看起來﹐他的預報也很正確﹐並不像有些流言講的預報不準之說。其實他還因為那次預報正確而晉昇為上校。而列討教授在二次大戰之前就頗有名氣﹐寫過一本講邊界層紊流的書。大戰中﹐他因去法國北部修理一個探空站而中途被聯軍俘虜﹐送到英國的戰俘營去了。不過據他自己說﹐由於很多人都看過他的書﹐因此他受到頗好的待遇。至於瓦爾則原來是天文學家﹐因大戰需要而改行成為氣象學家的。瓦爾及許渥菲格現均已過世。

本系由於這幾位原為德籍的老先生﹐因此有外國籍教授不是什麼新鮮事﹐但是以族群而言﹐他們與其他教授並無不同﹐除了系上原有一位安德生教授(Charles Anderson) 是黑人之外。而我卻是本系的第一個東方人教授﹐不僅是面貌上有所不同﹐就是體型上也著實有些差別。有時跟這些人高馬大的同事走在一起﹐有如在紐約市的摩天大樓散步一般。在這裡冬天既是天寒地凍﹐又常大雪紛飛﹐所以把以前作的雨滴掃除浮粒研究延伸到雪片的掃除效率也是十分自然的﹐而EPA也慨予資助。這裡卻沒有UCLA那百呎長的雨柱管﹐但雪片卻不須要太長的距離就可達終端速度﹐因此我們在氣象系樓頂自建個六﹑七呎高的超小型實驗室也就足夠了。這實驗及理論計算的結果也都陸續發表。

威斯康辛大學大氣系的創始人是布萊森教授(Reid A. Bryson), 專業是氣候研究。他最有名的卻是寫了《飢荒的氣候》(Climates of Hunger)一書﹐用一些地質﹑考古及環境資料討論世界上一些地區的古氣候。他知識淵博又詼諧善談﹐跟我頗談得來。我因之來威斯康辛大學之後﹐也開始在美國國家科學基金會的資助下作些歷史氣候方面的研究﹐利用的資料是中國古代文獻中的記載。文獻浩如煙海﹐其中資料固不少﹐陷阱也很多﹐不小心去處理的話﹐會產生一堆誤解。為此有時就會去找布萊森聊聊。他那時還是個老雪茄槍(現已戒掉)﹐所以談話常在滿室的雪茄煙味中進行。話題常常是幾千或幾萬年前某個遙遠的地方的人﹑事﹑物﹐想像一些衣著奇怪的部落民族的日常生活﹐或一些只聞其名而不見其實的王國(像樓蘭)興衰史﹐以及如何從那些滄海遺事裡推敲出當時的氣候狀況。純以非學術的眼光來看﹐這種天外天式的閑聊﹐聊出一些不見得對人世立刻有用的東西﹐可能是人間最令人感到愉快的作學問方式。

系上另一位老先生是蘇米教授(Verner Suomi)﹐是發展美國氣象衛星技術的前鋒人物﹐本系的所在--一幢15層樓的建築--有一大半來自他的研究經費。他曾告訴我說﹐那是在六○年代﹐美國政府決定要急起直追蘇聯的太空科技的時候﹔因為蘇聯發射的『月球一號』衛星(Sputnik I)的確把美國嚇了一跳。他說那時你如果向NASA申請一百萬美元的研究經費﹐NASA會說﹕我們可不可以給你兩百萬﹖可見那時太空科技的經費有如台灣錢一樣淹人腳目。衛星科技現在不但是氣象﹐也是軍事﹑環境﹑資源﹑防災等不可或缺德技術﹐而蘇米所創立的『太空科學工程中心』(Space Science and Engineering Center SSEC)在衛星科技方面至今也是世界之佼佼者。現在中央大學的劉振榮教授便是威斯康辛大學衛星專業的畢業生。很多人以為蘇米教授是個日本人﹐因為他的名字發音和日文『須彌』的發音很像﹐其實這是個芬蘭名字﹐而Suomi本義就是『芬蘭』﹐你如果到赫爾辛基訪問﹐保證滿街都是Suomi的字樣。蘇米教授於1995(我任本系系主任的期間) 去世。

至於我原來專長的雲物理的教學研究方面﹐在威斯康辛仍然繼續在進行中。在1980年代中期﹐逐漸加上雲動力方面的研究。我們自己開發了一個三維而有詳盡雲微物理機制的雲模式﹐近來利用這個模式做出一些前此沒有解釋的一些動力現象﹐像前芝加哥大學的藤田哲也(Ted Fujita)教授所觀測到的『跳躍卷雲』(jumping cirrus) 現象﹐均可用我們的模式來闡釋。另外﹐前幾年我們也開發了含有詳細雲物理機制的卷雲模式﹐可以用來診斷大氣中冰粒子對氣候的影響﹐也獲得不錯的成果。這些屬於『現在進行式』的研究成果在這慶祝會中另作報告﹐因此在此就不另詳述了。

至於題目中的『頂樓』﹐只是因為前幾年我的辦公室從原11樓搬至15樓﹐乃本系最高的的一層﹐如是而已﹐絕無自我膨脹之意。

結語

從大學開始到現在﹐沉浸在大氣科學這個領域也有三十幾年了﹐這一路走來還算幸運﹐得以一直在這個領域繼續『愉悅』下去。只是越來越覺得我們對大氣還真缺乏了解。有人說過﹐知識像海洋中的島嶼﹐而『不知』的部份就像島嶼的海岸線。當知識之島變得較大時﹐那『不知』的海岸線也跟著變長﹐所以學無止境﹐願以此與諸系友們共勉。

(註﹕本文發表於2005年台灣大學大氣科學系50週年慶的紀念刊物上﹐原內容有些誤文﹐在此略作訂正)

2 Comments:

Anonymous 瑞紅 said...

真有意思的故事啊
謝謝

王老師您應該已得到布萊森教授的真傳哩

6:42 AM  
Blogger Pao K. Wang said...

哇﹐稀客駕臨﹐外頭溫度正冷(華氏9度﹐約攝氏零下12度)﹐準『寒夜客來茶當
酒』(日夜相反效果不計)之故事﹐謹奉上電子清茶一盅待客。

布萊森教授雖早已退休(高齡已將近90)﹐仍然精神矍鑠﹐幾乎每日必到他辦公室上
班。至於『真傳』﹐唯一能提的大概就是他的樂觀吧﹗他在退休之前幾年﹐家裡失
火把房子燒到與地面平齊﹐雖說有保險費可資重建房子﹐但是一生收藏(尤其一些
有意義的)完全付諸一炬。過幾天我碰到他時﹐他毫無沮喪之表情﹐說﹕『沒關係﹐
我們從頭再收集起』。這幾年他們夫婦又全球走透透去旅行了﹗

12:37 PM  

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