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[转载] 刘国纬:我对空中调水的几点看法
zlyang 2018-11-24 11:08
刘国纬:我对空中调水的几点看法 2018-03-03 http://www.vccoo.com/v/91rn28 https://tieba.baidu.com/p/5857486288?red_tag=2006650328 1983 年 7 月间,我收到水利部科技司发来一份文件,其中附有时任中国投资银行行长乔培新先生和青海省省长黄静波先生等 20 人联名向全国政协六届一次会议提交的《关于从空中调剂、调动雨量作为重要科研项目列入<长远规划>》的提案(提案第 0960 号),要求我在两周内对该提案写出意见。大约在 1995 年全国政协八届三次会议上,时任上海大学校长的钱伟长教授也提出了叫作“改天换地计划”的类似提案,水利部国科司也要我写一个供答复参考的书面意见。 这些提案的主要意思是,在中国西南喜马拉雅山一带炸出一些缺口,把孟加拉湾的暖湿气流引入中国西北地区,以期增加西北地区的降水,改善干旱环境。我注意到,此类想法也常常见诸报端和一些人士的议论中。 于是我觉得似有必要把当时写的几点答复的要点意见追述如下。 ▋提案放眼东亚大陆和海洋,试图从根本上改善中国西北干旱环境,视野宽阔,极富想象力。其实,早在明代以周文王和周武王讨伐商纣为背景的小说《封神演义》中已有了“呼风唤雨”的描写。 从地质学得知,在距今 250 万~ 340 万年的上新世,青藏高原尚未隆起,那时中国西部地区高程在 500~1000 m 之间,气候温和,雨量充沛,这已为大量出土的三趾马化石所证实。继后随着青藏运动使青藏地区隆升,尤其在青藏高原隆升到达海拔 3500 m 高度以上时,我国西北地区才变成干旱沙漠环境。可见西北干旱地区的形成的确是青藏高原的形成与不断隆升所致。 ▋就现代来看,要想通过在喜马拉雅山炸开一些缺口引进西南气流的设想,至少有以下几个科学问题和工程问题值得研究。 首先,倘若炸开了足够大的缺口,对中国现代季风环流会产生怎样的影响?进而对中东部地区的气候会带来怎样的影响? 气候模式模拟的结果表明 ,在青藏高原不存在时,东亚大陆冬季的西伯利亚高压和夏季的印度低压均不存在,因此近地面现代冬夏季风也不存在,东部的季风也不存在。当青藏高原上升达到 2000 m 左右时,出现了与现代季风环流相近的高低压分布。在昆黄运动时期(距今 120 万 ~60 万年),青藏高原上升达到 3000 ~ 3500 m ,此时西风以爬越高原的气流为主转变为以绕过高原的气流为主,西风在越过高原时发生分流,并在长江中下游汇合。当共和运动期间(距今 15 万年),青藏高原上升到 5000 ~ 6000 m ,冬季风进一步加强,西北地区变得更加干燥,并影响到中国东南部。可见,青藏高原对中国现代季风的形成、发展有重要作用,并进而控制着中国西北和中东部的气候。因此,在喜马拉雅山炸开缺口会对中国中东部气候产生怎样的影响,是一个必须回答的问题。 其次,倘若通过控制被炸开缺口的规模和布局,使既不致对近地层季风产生显著影响,且西南气流可部分进入西北地区,则仍有两个问题值得讨论:西南气流在向北爬升输送的过程中,其所携带的水汽将大部分作为雨雪消耗在沿途,很少能达西北腹地,这已被流经横断山脉的怒江、澜沧江等河流所证实;我国西北地区地处北纬 40°~45° 间的西风急流带(也称咆哮西风带),进入这一地带上空的水汽随西风气流“穿堂而过”,致雨(雪)的效率小于 10% 。因此,难以实现期望的效果。 最后,工程巨大且后果难以预测。毋庸置疑,如此大的工程恐非核爆炸难以实施。然而,西南地区地壳运动活跃,是我国地震高发区,巨大的爆破可能引起强烈的地震,波及的区域广大,带来严重人员伤亡及财产损失。而且,这一切皆是难以事先预测和控制的。 ▋综上所述,通过在喜马拉雅山地实施爆破工程以达到引西南暖湿气流入西北地区,改善西北地区干旱环境的设想,虽极富想象力,但其科学问题和可行性是值得超长期慎重研究和论证的。 【参考文献】 张兰生,等. 中国古地理. 北京:科学出版社, 2012. 刘国纬. 水文循环的大气过程. 北京:科学出版社, 1997. 感谢您的指教! 感谢您指正以上任何错误! 感谢您提供更多的相关资料! 相关链接: 2018-04-09, 张德二: 1983 年“空中调水计划”的追忆 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1147950.html
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老科学家的往事追忆——刘国纬先生:我迟到的事业
热度 1 sciencepress 2018-1-9 15:51
  自踏上水利人生之路,至今已60 个春秋。这60 年里,从1957 年开始的第一个10年中的前5 年是在华东水利学院(现河海大学)读书;后5 年走进了北京水利水电科学研究院(现中国水利水电科学研究院),其间赴北大荒种过地,给专家当过助手,也有幸半脱产到北京大学数学系进修过两年。第二个10 年是在“文化大革命”中度过的,下放到黄河三门峡工地、长江葛洲坝工地,当过混凝土工、风钻工、施工调度员,见识了什么是水利工程和水利工地。第三个10 年伊始,我调到了水利部南京水文水资源研究所(现南京水利科学研究院水文水资源研究所),那时已年届不惑,直到第四个10 年的1999 年初,我在该所退休。这20 年里,工作和生活都比较安定,也做了几件有意义的事情,但忙碌却无效的事也做了不少,不由得想起电视剧《晋商》主题曲中的一句歌词:“人生有几多空忙。”不过“空忙”也是人生历程的步数,这20 年毕竟收获了一份迟到的事业。退休以后,为了圆梦自己退休前就想做的几件事,也为了弥补一些“文化大革命”中失去的科研工作时间,于是重起炉灶,做了如“水文学史”“江河治理的地学基础”等几个方向的研究。光阴荏苒,至今也已近20 年了。 去年腊月,我接到北京一位好友去世的消息,心情沉重又感叹人生之无奈,于是提笔写了一副对联。上联是:“先出生后出生,先后出生”;下联是:“早离去晚离去,早晚离去”。搁笔时觉得太过消极,又补了一个横批:“生生不息”。确实,世界上的任何人都概莫能外。然而,从“出生”到“离去”,各人的历程却几乎没有相同的。于是提出了一个问题:怎样评价人生历程的意义或价值呢?面对这个严肃且直面每个人的问题,哲学家、科学家、艺术家、政治家,乃至各行各业,各有各的论述与回答,甚至文学巨匠列夫·托尔斯泰的《战争与和平》中所写的妓女,也得意地说:“达官贵人,将军元帅,也拜倒在我的石榴裙下。”可见,什么是人生的意义或价值,真是各有各的理解,难以说得清、道得明,更难以就范于一律了。 我此生的意义或价值是什么?当我直面这个问题的时候,不由得又回忆起这60 年的水利人生。 这60 年里,我以从事水利服务于国家,工作在生产和科研第一线,从未当过“家”“长”,也不曾设定过何种高远的人生目标,觉得那样会活得很累心,且难免被困于功利樊篱。不过我也常想,自从我赤条条地来到这个世界上,一生的衣食住行,一生获取的知识和精神营养,一生享受的各种服务,都是社会为我提供的。我不能只坐享其成,至少应当把自己一生消耗的社会财富回馈社会,并尽可能多留下一点什么,让社会得以维系和发展。 作为一个水利人,我拿什么回馈给社会呢?这60 年里,虽然在三门峡大坝、葛洲坝枢纽、故县水库等水利工程建设中流过汗水,在国家防洪、南水北调、水资源等方面做过一些事情,创办了学术期刊《水科学进展》,也出版过几本专著并指导研究生,但我着实不敢说,这些就足以回馈我一生所消耗的社会财富并略有富余了。这让我联想起,常有一些同事、朋友和研究生索要我的发言稿,拷贝讲座的PPT,并建议把这些材料汇集成一个文集。 我也觉得,平时对水问题的一些思考和看法零零碎碎,难以在论文和专著中表述,将其汇集成册或许还有一定参考价值,于是就着手整理,形成了这本《江河碎语》。 迟到的事业之 创办《水科学进展》 20 世纪80 年代,资源与环境问题已成为一个全球性挑战,基于这一形势,世界环境与发展委员会(World Commission on Environment and Development)于1987 年发表了题为《我们共同的未来》的报告,在这份报告中第1 次提出了可持续发展的概念。可持续发展(Sustainable Development)的定义是,“既满足当代人需要又不对后代人满足其需要的能力构成威胁的发展”,它是一种着眼长远的全新发展模式,受到全世界的广泛重视,中国也成立了“中国可持续发展委员会”,在可持续发展战略中将水资源开发、利用与保护列为最优先的问题之一,在中国尤其如此。 20 世纪80 年代,国际科学界对面临的全球问题也给予了极大的关注,国际科学联合理事会(ICSU,International Council for Science Unions)发起了多个关于全球问题的国际科学研究计划,其中国际地圈—生物圈计划(IGBP,International Geosphere.Biosphere program)、水文循环的生物学方面(BAHC,Biosphere Aspects of the Hydrology Cycle)和全球能量及水循环实验(GEWEX,Global Energy and Water Cycle Experiment)3 个国际科学计划均是以水作为关注的主题。中国积极参与了这些科学计划。所有这些国际水科学计划,以及中国正面临的“水多了(洪水)、水少了(干旱)、水脏了(污染)”等严峻形势都表明,水问题已经成为当今世界,尤其对中国的可持续发展造成严峻挑战。然而,彼时我国还没有一份以水为论述主题的高级学术期刊,来全面、系统、多角度和及时地反映我国在水科学方面的研究动态与成果,引导水科学紧密围绕社会要求和科学前沿健康发展。因此,创刊一份以水为论述主题的高级学术期刊是十分必要的、迫切的。 本着这一认识,我萌生了要创刊一份以水为论述主题的学术期刊的想法,并几经斟酌,将期刊定名为《水科学进展》。当时我担任南京水文水资源研究所副总工程师,我把这一想法向当时的吴正平所长做了汇报,并补充提出,水文所作为一个国家级的研究所,没有一份高级学术期刊作为窗口,既有负于研究所的责任,也不利于研究所的发展。我要感谢吴正平所长,他完全赞同并全力支持。 1990 年初,要创刊一份新的期刊,哪怕是科技期刊是比较困难的,我确实有些望而却步,但还是决心闯一闯。根据当时国家新闻出版总署规定的创办新期刊程序,我首先向时任水利部部长的杨振怀部长作汇报,请水利部作为该份期刊的主管单位,感谢杨部长欣然同意,并在创刊申请书上签字。接着向中国科技情报研究所科技期刊管理中心申报,几经说明和恳请,也获得通过。最后要请国家新闻出版总署审批,这是最后一关了。新闻出版总署会的工作人员说:“现在这一时期的新期刊要经署领导亲自审批,你去找领导吧。”然而,传达室的门卫不让我进署长办公楼,我只好坐在办公楼门前等,第一天没能等到。第二天我带了馒头和水坐在办公楼前继续等,从上午等到下午上班时,终于有一位看似领导的同志走来,门卫对他说:这位同志要见领导,在这儿等了两天了。他问我什么事?我说我是水利部的,经杨振怀部长同意来向您汇报一项工作。他审视了我一眼,看我确为公事而来的样子,就叫我随他进去。到办公室他问我什么事,我说明了来意,把杨振怀部长签名的水利部申请书和已办妥的文件展示给他看,并有些动情地说:“我是搞水科学研究的,今年50 岁了,没能做出什么学术贡献,就想着开辟一片园地,供有成就的同志和年轻同志在这片园地里耕耘。”领导见我态度诚恳,也问了我一些问题,沉思片刻说:“现在原则上不批新期刊,水利部要办这份期刊,我还是表示支持。”并说:“出版总署会发文通知江苏省新闻出版局,你回江苏去具体办理。”那时我的心情是多么激动啊!我控制着自己的情绪,很真诚而郑重地向他表示感谢,但我一直不敢问他的姓名。后来我知道他叫宋木文,时任新闻出版总署的副署长。我真没想到,创办一份科技期刊竟然要通天到署长那里去啊! 第二天我就回到南京,向吴正平所长做了汇报,吴所长很高兴,当即同意把科技情报室的潘理中和水资源室的汪静萍两同志调来参加编辑工作,并组建编辑部,吴正平任主编,我任副主编兼编辑部主任,《水科学进展》编辑部正式成立。随后,我和潘理中、汪静萍2 位同志着手筹办出版事宜;到江苏新闻出版局办理《水科学进展》出版许可证和营业执照。出版局同志非常热情,还特批《水科学进展》免除1 年试刊,第1 期即为正式出版物;联系江苏省新华印刷厂作为承印单位;联系中国水利水电出版社作为出版单位;申办编辑部钢印和工作印章;设计刊物封面、信封信纸等,虽然辛苦,但也尽享了创办一件新事物的快乐和成就感。 组建编委会是一件严肃而重大的事情。考虑《水科学进展》作为一份以水为论述主题的高级学术期刊,编委会至少在国内应具有充分权威性,并覆盖水科学领域的各方面。为此我逐一登门拜访了施雅风院士、陶诗言院士、地质部副部长张宏仁教授等10 余位知名学者,得到了他们的支持。编委会成立大会及第1 次编委会是1991 年3 月在北京水科院召开的。陈家琦被推举为首届编委会主任委员,并由他给各位委员颁发聘书和主持会议,我做了创刊情况的汇报。会议深入讨论了以下4 个主要问题:①关于刊物的中文名称。有编委提出可考虑定名为《水科学学报》,但多数编委认为这份刊物主要突出反映水科学研究的新事实、新概念、新理论、新方法、新进展,突出前沿性,学报则主要反映较为成熟的研究成果,为了突出时效性和创新性,还是叫《水科学进展》为妥些;②关于刊物的英文名称。有编委认为,应当在Advances in Water Science 中,把Science改为复数Sciences,但施雅风、谢家泽等编委认为还是用单数好,用单数表明这份期刊的学术追求是要创建一门关于水的全新和完整的学科知识体系,用复数易被视为水科学就是陆地水文学、水文地质学、水文气象学、工程水文学等学科中水知识的简单叠加,那就可能丧失办刊的初衷与科学意义。最后大家还是同意用单数Science 好些;③关于出版,编委们认为,初创阶段还是季刊较好,做到少而精,让作者们感到能在《水科学进展》上发表文章为荣。但为了体现“进展”两字的时效性,在条件成熟情况下,应及时改为双月刊或月刊。同时提出要努力创办《水科学进展》的英文版;④关于稿源和经费,陈家琦主任特别关心这2 个问题。我汇报了在水利系统、气象系统、地质系统、地理系统、农业系统等研究院所以及与水有关高等学校调研的情况,对作者、读者的可期望人数与发行量做了初步估计,第1~2 期的约稿已大部分组好,总体是有信心的。编辑人员的工资、办公条件及第1~2 年的出版经费由南京水文所支持,第2 年起审稿费、印刷费、发行费等自筹,后与水利部有关司局协商,计划成立一个50 万元的《水科学进展》出版基金,其利息即可支付上述费用。从其他期刊的办刊经验看,今后版面费收入也可成为办刊经费的重要来源。会议最后,我将写好的发刊词请各位编委审定。编委们对上述问题取得共识,热情地祝贺《水科学进展》的诞生。中午聚餐时,谢家泽院长对我说:“国纬,担子不轻啊!一个人一生做不了几件事,你要坚持把这件事办好!”我至今仍谨记谢老的教诲与嘱咐。 至今,《水科学进展》已创刊二十余年了。二十余年来的实践表明,当年创办《水科学进展》是正确及时的。她早已被国际和国内如EI、CA 等知名检索系统收录,她的每一期英文目录都在UNESCO 的有关文献中刊登,曾被评选为中国科技期刊百强,她已经成为我国在水科学领域最具影响力的期刊之一。 在《水科学进展》创刊10 周年和20 周年之际,我和胡四一副部长曾先后撰文《十年树木》《春华秋实话来年》。祝愿《水科学进展》如一株青松,永远立于科学期刊之林。 回顾创刊《水科学进展》并多年担任其主编,以及参与《大百科全书》《辞海》等多种刊物与文献的编撰工作,深感受益匪浅。有以下几点体会。 (1)让我认识了编辑的意义和价值。在人类知识的积累过程中,科学家是知识的发现和创造者,工程师是知识的应用者,教授是知识的传播者,而编辑是知识的梳理、提炼和整编者,他们集所有知识之大成,使其成为完整、严谨的知识体系,成为人类文明最重要的组成部分。从这个意义上说,编辑是栽培知识之树的园艺家,是构建知识大厦的建筑师和艺术家。所以编辑事业是崇高的,是构建人类文明所不可缺少的。 (2)当一位好编辑,至少要具备3 种能力。一是要有渊博的知识,这不仅因为编辑要接触许多领域或门类的论文和著作等文稿,更是唯有博学才能有广阔的视野和高屋建瓴地对被编辑对象进行鉴别和评价的能力。二是要有很强的逻辑思维能力,否则他无法驾驭面前庞杂的知识并将其组织成系统严谨的知识体系,大到百科全书、辞海,小到一篇论文,概莫能外。三是要有较强的文字功底,准确、简明、富有启迪和感染力的文字表达,透出编辑的素养,这是需要长期修炼的。有些老编辑们称上述3 种能力是编辑的“三把刀子”,依我的体会,这比喻是蛮准确的。 现在回忆多年来做的编辑工作,其实也是对自己胸怀的一种陶冶,做编辑的主要工作之一就是帮作者修改稿件,但有时也应约为友人代写他们著作的前言和序,有时甚至还要帮助写发言稿和重要信件(例如为水利部起草致温家宝总理关于长江调度的信)等,这些工作花去我大量精力和时间。有朋友开玩笑说我是为他人做嫁衣的裁缝。开始时确实也略有些这方面的感觉,尤其在自己科研工作较忙的时候更是如此。但后来逐渐明白,代人写一篇序,也是为构建知识体系做一份贡献,而且很有利于自己能力提升,也就逐渐甘于为人做嫁衣了。怕是上帝让我与编辑工作有这样的缘分哩。 《江河碎语》 作者:刘国纬 责编:胡凯,周丹,王腾飞 北京:科学出版社,2017.9 ISBN:978-7-03-054536-7 《江河碎语》 是作者在防洪与江河治理、水资源与水环境、水文科学与研究、水文与气象领域对若干问题的思考与看法并对自己的水利事业进行了回顾。全书包括63个科学话题和1篇对自己科学事业的回顾,文字简练,论点清晰,思路开阔,具有一定启迪意义。 (本期责编:李文超) 一起阅读科学! 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喜读《水文循环的大气过程》
热度 3 zhangxw 2011-9-12 11:42
喜读 《 水文循环的大气过程 》 --发展水文气象科学 (1998.11) 张学文 (新疆气象科学研究所, 830002) 科学出版社于 1997年出版了刘国纬教授的专著《水文循环的大气过程》 ,这不仅是刘国纬教授的一项重要成果,也是我国地球科学界的一件喜事。这本专著把我们的注意力引向了一个重要而又长期被忽视的领域。它在唤起我们应当发展水文气象学。 指出了一个重要问题 刘国纬教授指出了 “水文循环是地球上最重要的物质循环之一”,说“水分循环使我们的星球生气勃勃”。而“大气中的水气成为全球水文循环中最活跃的分量”。他的这些看法唤起了气象学者和水文学者对“水文循环的大气过程”这个问题的注意力。 气象学者知道大气中的水分问题的重要性,很多气象人员为做好降水预告也确实费尽心机。但是理论气象学认为大气主要的成分是常温下没有相态变化的空气。而水气仅占空气总量的千分之三。搞清楚大气的运动规律,首先是搞清楚空气的运动规律(而这已经很费力了)。水汽是空气的被动的携带者,它仅能放在第二位。而降水预告问题之难几乎使很多气象学者知难而退。 水文学者当然是研究水的。但是地球上大部分水体在地面,空中的水分问题又没有地表水那么具体,何况它又属于气象学。 以上这些传统的认识使我们长期没有把 “水文循环的大气过程”当成重要问题去对待。反映在科学研究上的后果是,云(降水)有了云(降水)物理学、用雷达观测云雨有雷达气象学,而用卫星研究水汽和云等等还有卫星气象学,但是就是没有一门学科专门研究大气水分基本运动规律。《水文循环的大气过程》一书首次把问题集中到这个重要领域,填补了一个领域的空白。我们需要有看准新学术方向的科学家,刘国纬教授的这本专著也就确定了他在这个新领域的学科带头人的地位。 20世纪的历史证明中国人在学习西方科学知识方面成绩是突出的。我们作为好学生跟着老师干的是很不错的。但是我们不能总是当学生。21世纪的中国科学界应当有更多的新领域的创立人。 搭起了一个理论框架 创立一个学科,首先要创立一个框架。它应当有明确的研究领域、通用性很强的为数不多的几个基本概念(最好还是定量的)和对应的几个基本定律。还要有一定的观测手段和大量的观测数据、经验方程以及一定的论证和应用。 《水分循环的大气过程》一书把大气中的水分作为研究对象,有为研究空中水分的明确概念(如含量、输送量等),有相应的物理规律(如水分收支平衡--物质不灭)。它在大量的气象探空观测数据的基础上作分析,还用地面降水径流蒸发的平衡作印证。 刘国纬教授从全球的高度讨论了大气中的水分循环的总问题,随后介绍了如何从物理和气象学上定量计量大气中气体状态的水分的多少、传输的数量和汇集量、讨论了这些水分特征量在不同季节不同地域的分布。在全球气象探空观测的丰富数据的基础上,通过合理地物理计算为我们描绘了水汽在空中的运动实况。揭示并综合了大量的客观事实。水汽在大气中运动和汇集的一个重要结果就是它形成了降水。而降水又联系着地球表面的水分平衡。这些也在书中做了适当的讨论。 对这些内容的安排让我们看到了这是一个有物理依据有逻辑关系和有丰富内容的知识体系。它让我们感到这里不是一堆知识的简单罗列。而是已经初步形成了一个框架。 发展空中水文学 ( 水文气象学 ) 笔者在气象领域工作多年,深感水分问题对国计民生太重要了。但是大学气象和水文教育却没有对应的课程。大气水分问题在学生思想中也没有一个总体概念。这种局面是应当改变的。我也曾想过已经有了地表水文学和地下水文学,为什么没有个 空中水文学 。我的这个想法仅停留在科研申请书和笔记本中。《水文循环的大气过程》的出版使我振奋,这为创立空中水文学迈出了实际的步伐。 也有一个观点说水文气象学就是空气中的水文学。用水文气象学这个词也可能驾轻就熟。空中水文学也好水文气象学也好。《水文循环的大气过程》显然是这个领域的重要组成部分。应当通过气象和水文学者的合作和努力,创建这门学科。应当在大学里让水文气象专业的学生对水分在空中的运动规律有个总体认识。 根据我们的体会在空中水文学中,也应当包括以下的领域。 关于降水的一般规律:每年汛期大降水的状况始终是我国的大事。降水有没有一般地规律性?过去理论家的目光总是盯着动力学规律, 80年代以来我们发现物理学中的分布函数概念和最大熵原理可以用于降水研究。在这个认识下发现了例如一次降水过程的降水量在面积上的分布符合负指数分布等大约有10多个降水现象大都符合负指数分布 。这个工作使我认识到从统计力学角度不仅可以帮助发现一批降水现象还能从理论上说明它们。观测证实这些关于降水的规律有很大的普遍性。这一组知识摆脱了对降水的纯经验的统计描述,构成了一个知识体系。我们把它称为降水统计力学。把这些知识汇入空中水文学是恰当的。关于水汽在介质中的运动规律:水气仅占大气总量的千分之三,过去把它看成被动地随空气而运动(保守性)。它在形成降水前有没有相对于空气的运动?文献 从统计物理学的热扩散理论和水汽严重不遵守静力平衡等方面论述了这种相对于空气的运动是存在的。这些看法为认识空中的水气运动提供了新的物理模型。在空中水文学里这是新提出的重要问题。其他例如蒸发的规律性问题、卫星云图上看到的云所输送的水气量问题等等,有的是难啃的骨头、有的是无人涉足的新领域,但是它们也应当归入空中水文学这个大框架中。  《水文循环的大气过程》一书的出版提高了人们对大气中的水分的运动规律的研究热情,唤起了人们对这个理论空白的关切,它也为弥补这个空白做了大量的工作,而且搭起了一个初步的框架。我们向刘国纬教授的努力表示敬意和谢意。中国学者应当抓住机会再努一把力,让我们也为人类创立一门科学新知识 --空中水文学(水文气象学)。
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