大气与自然界的度量关系
来源:中国气象报社   发布时间:2006-02-28
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  气在自然界及其与人类的关系中扮演着协调者的重要角色。众所周知,太阳直射赤道及其附近地带,是热带与亚热带气候炎热的重要原因;相反,在两个极地与附近地区,到达的太阳辐射很少,这是这里成为寒带与亚寒带的重要原因。如果温度仅取决于地面辐射收支的平衡,则计算出来的温度叫做平衡温度,平衡温度的年平均值在赤道附近高达39℃,在极点附近却低至-44℃,两者相差83℃之多。但两者温度实际差值却缩小48℃,另外35℃的差值是气流与洋流把热带附近的热量输送到极点附近地区,起到了协调作用的结果。经过协调后,赤道温度下降了13℃,极点温度则上升了22℃,这就使得地面有更加广大的地区的温度条件更加适合生物的繁荣与人类文化的发展。

  除大气外,海洋、地层与生态系统等都对地球环境的优化起了重大的协调作用。它们使环境的极端性减少,趋向平衡与和谐的状态,更宜于生命现象的发展。其中,特别重要的是大气是推动水分循环的唯一因素。地球虽然是富有水分的星球,但水分的分布极不均匀,几乎全部水分集中在海洋里,大陆只有依赖大气,才能通过水分循环从海洋得到水分。对生物十分重要的河流、土壤都是水分循环的产物。没有水分循环就没有陆地生物,更没有人类的文明。这就十分明显表现了大气对地球环境优化的重大贡献。

  地球之所以成为宇宙中极其罕见的生命之岛,就在于它是一个自我调节系统,能够自动调节它的环境条件,使之长期地保存适宜状态。应当说,地球的调节过程存在于天地人系统及其组成部分的相互作用,而大气是其中最活跃的一个调节者。

  “立天之道,曰阴曰阳。”阴阳调节是大气调节的基础,辐射平衡就是阴阳调节的结果,日夜轮回,季节变化无不破坏平衡,而同时伴随着温度升降,使之处于接近平衡的状态。“立地之道,曰柔曰刚。”柔刚的差别主要体现在应变与调节的能力与速度上。各地的辐射平衡量并不单独决定温度,它还有气流的输送热量等因子,经这许多因子调节后才形成各地的实际温度。各地的干湿状态则是降水、蒸发、径流与当地土壤、地表与地下水分平衡的结果,提高当地蓄水能力就是调节水分的重要柔性因子。高空气流则是气压梯度(单位距离里的气压下降值)与地转偏向力平衡的结果。类似的例子充满大气科学的各部分,可以说,大气科学就是天道阴阳与地道柔刚相互调节的律性的总结。

  “立人之道,曰仁曰义。”当前的环境危机与资源危机是由于人类的影响在大气、河流与生态系统等薄弱环节超越天地人系统恢复能力的结果,故走出危机的困境在于人类对这个系统的认识、爱护和采取有效的自我约束,使之恢复原有的平衡或建立新的平衡。

  协调是极其重要的自然过程,它使自然界趋向和谐与繁荣;协调也是极其重要的社会过程,它使社会趋向和谐与富裕,进而影响人类与自然界的关系。中国古代学者极度重视协调的意义,并且提出中庸之道的哲学思想。

  根据《三字经》的解释:“中不偏,庸不易。”就是说,中的意思是不要偏离适中的状态,超过与不足都是不好的;庸的意思是相对稳定,步调一致,不要朝令夕改,莫衷一是。中庸之道是作为一种处世哲学而受到中国古代学者的高度重视,实际上它也完全适用于自然界,是调节万物得以和谐相处的重要取向,是人类调节万物使之和谐共荣的指导原理。

  因此,中庸之道实际上就是和谐之道。在中国古代的哲学里,中庸作为事物之间关系互适的方向与度量原理,应当是辩证法不可缺少的法则,应当予以高度的重视。

  和谐虽然是万物生存与发展的重要条件,但和谐不是事物关系中的不变因素。任何事物都是变化的,由于处境与性质千差万别,无数的变化不可能方向与速度完全一致,因而互有差错是正常的,和谐只能是相对的,协调就是消除差错的重要手段。中庸之道为协调强调了方向与度量,因而具有极其重要的理论意义。

  应当指出,中庸之道早在孔子之前就已经在中国出现。《管子·法法》曾明确地指出:“是故圣人之精德,立中以生正。故正者,所以止过而逮不及也,过与不及皆非正也。”希腊亚里斯多德等思想家也主张中庸,反对极端,但却远未达到学术上应有的水平。

  大气科学的许多原理与方法都反映了中庸之道的哲理。除前面谈到过的例子外,还需要提到,动力气象学里的原始方程反映了影响力与运动之间的平衡与适中的关系。然而这些方程都是理想状态的描述,在实际情况下有各种偏离,这就引起调整的作用。例如,地转平衡的假设对运动方程有关键性的意义,却在实际情况有所偏离,人们把这偏离的风的分量叫做非地转风,它能引发大气内部的调整过程,是大气状态变化的动力原因,研究这个问题对认识大气的动力学性质有着重大意义。

  类似的问题在大气科学中比比皆是,可以说,中庸之道已经在人们并不清楚的情况下悄悄进入气象学,成为其中的一条重要原理。 (来源于20062月28日《中国气象报》作者:张家诚)