他曾讓NASA和衛(wèi)星探測(cè)陷入尷尬
——記發(fā)現(xiàn)南極臭氧洞的英國(guó)科學(xué)家法曼

Th 賈朋群

他曾讓NASA和衛(wèi)星探測(cè)陷入尷尬
——記發(fā)現(xiàn)南極臭氧洞的英國(guó)科學(xué)家法曼

Th 賈朋群

如果有人問20世紀(jì)最重要的大氣探測(cè)發(fā)現(xiàn)是什么？很多人會(huì)提及南極臭氧洞的發(fā)現(xiàn)。如果再問20世紀(jì)科學(xué)界和國(guó)際社會(huì)最完美的合作有哪些？更多的人會(huì)列舉出南極臭氧洞的發(fā)現(xiàn)、研究和1995年人類保護(hù)臭氧層的《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》的出臺(tái)。而這一切，都與2013年5月11日不幸去世的英國(guó)學(xué)者法曼（Joseph Charles Farman，圖1）有密切的聯(lián)系。正是他，僅僅依靠對(duì)英國(guó)南極站一個(gè)點(diǎn)的臭氧觀測(cè)資料的分析和推斷，在1985年和同事一起提出了南極臭氧洞的存在，從而加快了科學(xué)家對(duì)人類活動(dòng)破壞大氣臭氧層的過程和嚴(yán)重程度的認(rèn)識(shí)，并成功促成國(guó)際社會(huì)采取了還算及時(shí)的應(yīng)對(duì)措施。而在世界科學(xué)共同體中，法曼和他的同事，通過對(duì)單站資料的嚴(yán)謹(jǐn)分析，不僅揭露了一個(gè)重要的大氣層觀測(cè)事實(shí)，而且，這樣一個(gè)事實(shí)，是因?yàn)楦鞣N原因一直被埋沒在掌握最多大氣層衛(wèi)星探測(cè)資料的NASA的資料庫(kù)里的事實(shí)。這一過程也讓人們時(shí)常思考：當(dāng)大氣探測(cè)已經(jīng)進(jìn)入衛(wèi)星時(shí)代的時(shí)候，科學(xué)家們面對(duì)海量數(shù)據(jù)最需要思考和實(shí)踐的到底是什么？也許法曼批評(píng)管理者在觀測(cè)和模式模擬研究資源分配不合理的話，應(yīng)該不時(shí)讓我們想起：“現(xiàn)在有太多的錢投到氣候模擬，而在基本科學(xué)觀測(cè)上投入不足，有太多的變量計(jì)算機(jī)是不可能給出準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的……”

圖1 英國(guó)科學(xué)家法曼（Joseph Charles Farman，1930—2013年）

法曼和他的同事，通過對(duì)單站資料的嚴(yán)謹(jǐn)分析，不僅揭露了一個(gè)重要的大氣層觀測(cè)事實(shí)，而且，這樣一個(gè)事實(shí)，是因?yàn)楦鞣N原因一直被埋沒在掌握最多大氣層衛(wèi)星探測(cè)資料的NASA的資料庫(kù)里的事實(shí)。

一、觀測(cè)會(huì)說話

1930年8月7日，法曼，出生于英國(guó)中部小城諾里奇。法曼的父親是一位個(gè)體建筑師，母親是護(hù)士，這位住在父親親手建造的家中，從小就喜歡數(shù)學(xué)，熱衷于擺弄無線電設(shè)備的淘氣男孩，后來在諾里奇有名的高中——愛德華國(guó)王中學(xué)接受高中教育時(shí)，迷上了一本高中生很少涉及的書，講述相對(duì)量力論的《基本理論》。正是這本書，讓法曼意識(shí)到，人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)，是沒有疆界的。也許正是受到這本書的啟發(fā)，后來法曼在劍橋讀大學(xué)時(shí)，選擇了數(shù)學(xué)和自然科學(xué)專業(yè)。1953年大學(xué)畢業(yè)后，他先在一家公司工作了3年，1956年進(jìn)入位于劍橋的英國(guó)南極局的前身?？颂m島調(diào)查局擔(dān)任科學(xué)官員。在他進(jìn)入南極局后不久，就趕上了國(guó)際地球物理年（IGY）大規(guī)模觀測(cè)活動(dòng)，法曼隨即被派往南極法拉第站度過了兩個(gè)冬季，從1957年3月到1959年3月。1958—1959年，他還擔(dān)任南極站長(zhǎng)。在南極，他的主要任務(wù)，是監(jiān)督在南極開展的所有物理觀測(cè)項(xiàng)目。在法拉第站的2年多時(shí)間里，法曼目睹和實(shí)踐著人類對(duì)地球環(huán)境的監(jiān)測(cè)活動(dòng)，以及各種監(jiān)測(cè)手段的升級(jí)換代，他還親自用Dobso光譜儀，在南極開展了最初的臭氧層觀測(cè)，這樣的觀測(cè)活動(dòng)，為他日后的重點(diǎn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)埋下了伏筆。

經(jīng)過了初期學(xué)科快速發(fā)展和中期進(jìn)入衛(wèi)星探測(cè)時(shí)代的輝煌，到了20世紀(jì)晚期，國(guó)際地學(xué)界似乎進(jìn)入一種平靜期，大規(guī)模的探索在有條不紊地部署中，令人振奮不已的事情有些漸行漸遠(yuǎn)，或者說難以企及。在這樣的背景下，當(dāng)1985年5月16日，法曼和他的同事（圖2）在Nature雜志上發(fā)表了關(guān)于發(fā)現(xiàn)南極臭氧洞的論文時(shí)，不僅贊譽(yù)難見，還招來了大氣科學(xué)界乃至更多領(lǐng)域?qū)W者的驚異和隨后而來的質(zhì)疑聲。一時(shí)間就像平靜的環(huán)流突然生成了一個(gè)活力無比的氣旋，正在攪亂已經(jīng)建立的秩序。為什么？怎么可能是這樣？或者，即使是這樣，難道NASA不清楚嗎？

這樣的反應(yīng)，一方面源于科學(xué)界早就注意到了大氣臭氧層和人類活動(dòng)可能的關(guān)系，因此對(duì)臭氧層的觀測(cè)并找尋其是否在減少的努力被很多人知曉?？茖W(xué)家們致力于對(duì)平流層環(huán)流和化學(xué)過程進(jìn)行研究，并用建立的模式模擬臭氧的變化。但是這些主要由日光驅(qū)動(dòng)的平流層化學(xué)反應(yīng)的模式，都沒有指出在南極會(huì)出現(xiàn)臭氧層的異常。而且，那時(shí)人類對(duì)平流層臭氧層的影響，多數(shù)人想當(dāng)然地期待先在白天的熱帶平流層中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)體現(xiàn)出來，而極地平流層低層是排在第二位的

區(qū)域，而且要在沒有紫外線的黑夜里才有可能。極區(qū)甚至被看作是化學(xué)反應(yīng)惰性區(qū)域。模式模擬結(jié)果主導(dǎo)的結(jié)論讓科學(xué)家們似乎很樂觀：人類影響帶來的臭氧減少可能僅有2%～3%，這樣小的比例甚至很難探測(cè)得到。

質(zhì)疑的另一方面，也許更為重要的是，為什么Nature的文章僅來自一個(gè)英國(guó)位于的南極陸地觀測(cè)站？言外之意是，世界上已經(jīng)建立了200多個(gè)臭氧探測(cè)站，即使是在南極，也有17個(gè)臭氧測(cè)站，這些站大多在1957—1958年國(guó)際地球物理年后建立起來，累計(jì)觀測(cè)了相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，如果有臭氧含量的顯著下降，不該，也不會(huì)只有一個(gè)站有記錄數(shù)據(jù)。更為匪夷所思的是，人類已經(jīng)進(jìn)入衛(wèi)星大氣探測(cè)時(shí)代，NASA的衛(wèi)星早就開始了全球臭氧探測(cè)，關(guān)于大氣臭氧層變化的最早、最權(quán)威和最全面的信息，難到不該出自那里嗎？然而，這些質(zhì)疑聲中，對(duì)于作者而言，最有“分量”的是：既然論文給出的數(shù)據(jù)說明南極臭氧在春季的減少早在1977年就出現(xiàn)了（圖3），為什么8年以后才發(fā)表文章？作為一種變化趨勢(shì)的揭示和分析，如果臭氧僅僅是在南極，在春季，突然在1976或1977年開始減少，那么資料累計(jì)到1980年就基本可以確認(rèn)，1981年，最遲1982年就可以發(fā)表的文章為什么耽擱了這么長(zhǎng)的時(shí)間，作者們?cè)诟墒裁矗?/p>

圖2 法曼（左1）和1985年Nature雜志關(guān)于南極臭氧減少的論文另外兩位作者（Brian Gardiner（中）和Jon Shanklin（右））在一起

二、會(huì)讓觀測(cè)說話的法曼

作為Nature論文第一作者的法曼，他在英國(guó)南極局以對(duì)科研工作認(rèn)真和相對(duì)保守而著稱，但是在國(guó)際大氣科學(xué)界，在20世紀(jì)80年代中期卻鮮有人知道其人。面對(duì)質(zhì)疑聲，天生嚴(yán)謹(jǐn)且著重于細(xì)節(jié)的法曼并沒有過多辯解。而1986年NASA科學(xué)家同樣在Nature上發(fā)表的基于Nimbus-7衛(wèi)星觀測(cè)得到的南極春季臭氧減少的論文（圖4），更是讓很多質(zhì)疑者為法曼的睿智和探索精神而擊掌，后來逐漸被人們所知曉的法曼發(fā)現(xiàn)南極臭氧洞的細(xì)節(jié)，在被人們津津樂道的同時(shí)，也帶給科技界更多的思考。

在IYG期間全球地面臭氧觀測(cè)站網(wǎng)建設(shè)的熱潮，隨著IGY的結(jié)束而逐漸冷卻。很多站后來在人員和儀器，特別是儀器校準(zhǔn)等方面，都無法得到資金保障。這使得很多站只能間歇和不定期地報(bào)告臭氧觀測(cè)結(jié)果。這一情況到了20世紀(jì)70年代初，因?yàn)楣烙?jì)到臭氧可能減少而略微有所好轉(zhuǎn)，一些新的臭氧觀測(cè)站加入全球站網(wǎng)，填補(bǔ)了一些癱瘓或半癱瘓站帶來的空白。但是在南極地區(qū)，臭氧站大多位于南極圈以外，高緯度站除了英國(guó)哈雷灣站以外，法國(guó)的迪蒙?迪維爾站那時(shí)正處于關(guān)閉狀態(tài)，蘇聯(lián)南極站因惡劣天氣也處于找尋新站址的觀測(cè)不穩(wěn)定期，美國(guó)位于南極點(diǎn)的南極站，其觀測(cè)每每到關(guān)鍵時(shí)刻就出現(xiàn)儀器問題，這些因素都讓英國(guó)南極站的臭氧觀測(cè)，成為揭示新現(xiàn)象最為珍貴的渠道。

在衛(wèi)星臭氧觀測(cè)方面，雖然那時(shí)衛(wèi)星每天可以收集覆蓋全球的大約14萬個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)，但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理的水平相對(duì)低下，衛(wèi)星臭氧觀測(cè)數(shù)據(jù)先要經(jīng)過質(zhì)量控制處理，之后被記錄到數(shù)據(jù)磁帶上交給感興趣的科學(xué)家進(jìn)一步處理。由于那時(shí)候還沒有可以快速生成全球臭氧分布圖的軟件，獲取的數(shù)據(jù)磁帶大多被堆積在資料庫(kù)里。

圖3 英國(guó)南極哈雷灣站1975—1984年的臭氧觀測(cè)結(jié)果以及與1975年前臭氧含量均值（圖上部直線）和NASA“臭氧低值”閾值（圖下部直線）的對(duì)比

在南極其他站以及衛(wèi)星臭氧觀測(cè)過程中發(fā)生的情況，實(shí)際上也同樣發(fā)生在英國(guó)南極哈雷灣站。一方面，站上使用很長(zhǎng)時(shí)間的臭氧觀測(cè)儀甚至需要在冬季蓋上羽絨被才勉強(qiáng)工作，觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)些問題看來很“正常”；另一方面，因?yàn)槟蠘O站獲得的大量觀測(cè)數(shù)據(jù)中，臭氧資料沒有被英國(guó)南極局列為優(yōu)先處理、分析的資料（原因之一是當(dāng)時(shí)科學(xué)界認(rèn)為，平流層臭氧即使減少，也最可能先在赤道地區(qū)發(fā)生），因此在位于劍橋的南極局，臭氧資料進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和歸檔就存在一個(gè)5～7年的“滯后

期”，即南極臭氧觀測(cè)資料磁帶在運(yùn)回英國(guó)本土幾年以后，才會(huì)被集中處理。1981年，被積累了好幾年的南極臭氧原始資料，終于等到了被送入計(jì)算機(jī)按照程序進(jìn)行處理和分析，計(jì)算機(jī)程序?qū)⒎止庥?jì)讀數(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際臭氧含量并進(jìn)行分析。而這個(gè)批次處理的資料，覆蓋了南極臭氧最初開始減少的關(guān)鍵年份。已經(jīng)出現(xiàn)幾年的南極春季臭氧減少，這時(shí)才被法曼真實(shí)地發(fā)現(xiàn)。盡管如此，法曼開始并沒有馬上確信這樣的結(jié)果，他首先想到的是控制南極春季的非常不穩(wěn)定和有時(shí)很難預(yù)測(cè)的環(huán)流型，以及伴隨的南極冬季極渦的爆發(fā)。他感覺，可能春季臭氧水平很不穩(wěn)定。法曼曾在此前的一篇論文里，闡述南極秋季臭氧變化最能代表全球臭氧含量的改變，因?yàn)槟蠘O秋季臭氧特別穩(wěn)定，很少受到其他因素的影響。面對(duì)資料顯示的春季臭氧快速下降，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆矐岩捎^測(cè)儀器使用的時(shí)間太久，或許會(huì)發(fā)生問題。于是，法曼購(gòu)置了一臺(tái)新的Dobson 臭氧儀，被帶到南極進(jìn)行觀測(cè)。結(jié)果，轉(zhuǎn)年南極臭氧觀測(cè)結(jié)果給出了更低的結(jié)果?！斑@真的讓人發(fā)瘋”法曼回憶道，幾乎一半的臭氧不見了。他隨后讓自己靜下心來，系統(tǒng)梳理了1975年以來的南極各站臭氧觀測(cè)記錄，發(fā)現(xiàn)只有哈雷灣站出現(xiàn)下降，其他站并未受到影響。于是，轉(zhuǎn)年他又和他的團(tuán)隊(duì)來到距離哈雷灣站西北1000英里①1英里約為1.609千米。的地方進(jìn)行觀測(cè)，同樣發(fā)現(xiàn)了臭氧減少。這些觀測(cè)事實(shí)，以及從最早發(fā)現(xiàn)南極臭氧減少時(shí)，法曼就開始找尋南極春季臭氧減少的化學(xué)原因，并大膽推測(cè)氯氟烴（CFCs）——這種人為制冷劑是導(dǎo)致臭氧減少的罪魁，都堅(jiān)定了他是時(shí)候?qū)⑦@一觀測(cè)事實(shí)發(fā)表出來信念。

在1984年底向Nature投送只有3頁多一點(diǎn)的論文前，法曼向自己提出了3個(gè)問題：（1）結(jié)果是否有至少另外一個(gè)春季結(jié)果證實(shí)變化趨勢(shì)？（2）是否對(duì)哈雷灣站光譜儀進(jìn)行了再校準(zhǔn)和更換以避免儀器帶來的虛假？（3）是否對(duì)為何NASA團(tuán)隊(duì)還沒有注意到臭氧減少給出很好的解釋？

在回答這些問題時(shí)，法曼認(rèn)為，哈雷灣站光譜儀的更換，完全排除了儀器問題，而三個(gè)季節(jié)的數(shù)據(jù)不僅肯定了異常，而且表明這種減少的趨勢(shì)還在繼續(xù)增強(qiáng)。遺憾的是，在試圖和NASA科學(xué)家取得聯(lián)系的時(shí)候，法曼無功而返。

法曼的論文于1984年12月24日送達(dá)Nature，后者排除眾議，以較快的速度于1985年3月28日接受，并在同年5月16日刊出。正是這篇經(jīng)歷了坎坷的文章，又一次讓全世界關(guān)注地球環(huán)境問題。

圖4 NASA學(xué)者1986年在Nature上發(fā)表論文，用衛(wèi)星資料證實(shí)了法曼的南極臭氧觀測(cè)結(jié)果

三、法曼帶給我們很多

法曼的科研經(jīng)歷，或許可以加上傳奇的標(biāo)簽。他的離去，更讓我們看清楚了一位敬業(yè)學(xué)者的風(fēng)貌。

1. 注重細(xì)節(jié)的同時(shí)，那份執(zhí)著更珍貴

首先，法曼一生科研經(jīng)歷表現(xiàn)出的最重要的品質(zhì)，就是注重細(xì)節(jié)并且執(zhí)著地堅(jiān)持自己的主見。他和同事在1985年發(fā)表的轟動(dòng)世界的論文，實(shí)際上幾近無法發(fā)表。其中，不僅有來自權(quán)威的NASA不經(jīng)意間的漠視，更有當(dāng)時(shí)法曼的直接領(lǐng)導(dǎo)試圖阻止論文發(fā)表的態(tài)度。該領(lǐng)導(dǎo)在寫給英國(guó)氣象局的函件里指出：“這篇文章不能發(fā)表，因?yàn)槿绻麄兊耐评硎清e(cuò)誤的話將會(huì)讓人恥笑?！彪m然目前我們還無法獲悉這一表態(tài)的具體情況，但是在20世紀(jì)后期國(guó)際科學(xué)界逐步走向中規(guī)中矩的場(chǎng)景時(shí)，在英國(guó)出現(xiàn)這樣的抑制創(chuàng)新性科研成果的情況，似乎并不難以理解。難得的是，法曼并沒有在發(fā)現(xiàn)臭氧減少的第一時(shí)間就發(fā)表，而是在兩次赴南極校準(zhǔn)資料，并在大氣化學(xué)領(lǐng)域充分探索了臭氧減少的可能原因，從而更加堅(jiān)信自己的觀測(cè)事實(shí)之后才提交論文。而Nature雜志也沒有盲從當(dāng)時(shí)的所謂主流看法，從而讓這一開始并不被看好的結(jié)果改寫了人類認(rèn)識(shí)環(huán)境的進(jìn)程。據(jù)傳，日本南極站的科學(xué)家?guī)缀踝吡撕头耆嗨频穆肪€，即在日本南極站發(fā)現(xiàn)臭氧減少后，首先懷疑儀器問題，接著來回更換和重新標(biāo)定儀器，甚至還在一定范圍內(nèi)展示了臭氧減少的觀測(cè)結(jié)果，但他們最終沒有在科技論文中闡述這一關(guān)鍵的科學(xué)事實(shí)。也許法曼和日本科學(xué)家，在面對(duì)原始觀測(cè)資料的謹(jǐn)慎態(tài)度上是相似的，但那份抓住細(xì)節(jié)的執(zhí)著和敏銳，讓具有更深厚的科

學(xué)探索傳統(tǒng)的英國(guó)學(xué)者占了上風(fēng)。

也許全球氣象界乃至整個(gè)科學(xué)界，有很多整天和觀測(cè)儀器打交道的人，相比較而言，其中成功的人卻不多。就南極臭氧洞觀測(cè)而言，法曼和很多其他學(xué)者，特別是NASA握有衛(wèi)星觀測(cè)一手資料的學(xué)者無疑都等到了機(jī)會(huì)，這時(shí)只有法曼獲得了成功，就說明同是觀測(cè)，面對(duì)觀測(cè)結(jié)果，用心思考和執(zhí)著求解的不撓精神有多么珍貴。如果觀測(cè)者都是“公事公辦”地面對(duì)儀器讀取的數(shù)據(jù)，啟發(fā)人類進(jìn)步的觀測(cè)事實(shí)的發(fā)現(xiàn)，就很難和觀測(cè)網(wǎng)的完善與觀測(cè)數(shù)據(jù)的驟增劃上等號(hào)。

2. 英國(guó)南極站觀測(cè)設(shè)計(jì)讓法曼能夠和NASA平等對(duì)話

1995年，也就是法曼發(fā)現(xiàn)南極洞的文章發(fā)表后10年，當(dāng)年諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了提出平流層臭氧減少是受人類活動(dòng)影響機(jī)理的兩位環(huán)境科學(xué)家和一位大氣化學(xué)家，人們沒有在諾獎(jiǎng)名單中看到法曼的名字，不少人難以理解并為他鳴不平。實(shí)際上，法曼1985年的文章，其最寶貴，也最具有科學(xué)價(jià)值的內(nèi)容，是在給出臭氧減少的觀測(cè)事實(shí)之后，科學(xué)地預(yù)測(cè)了這一現(xiàn)象可能的原因。而法曼能夠給出南極臭氧減少是因?yàn)槿藶镃FCs導(dǎo)致的推測(cè)，在很大程度上得益于英國(guó)哈雷灣南極站在建立臭氧觀測(cè)站時(shí)，同時(shí)開展了包括CFCs在內(nèi)的大氣痕量氣體的觀測(cè)，因此讓法曼等科學(xué)家不僅僅能得到臭氧觀測(cè)記錄，還能基于CFCs的記錄開展臭氧減少原因的分析。這一點(diǎn)從法曼1985年的論文中，用了很多篇幅給出了CFCs記錄的分析就不難發(fā)現(xiàn)，或許正是這樣的分析打動(dòng)了期刊和論文評(píng)閱人。法曼等基于這樣的分析，果斷推論南極臭氧洞出現(xiàn)的原因是非自然的，而是人為的結(jié)果。法曼的工作無疑為科學(xué)家們，包括后來獲得諾獎(jiǎng)的學(xué)者更好地揭示南極平流層臭氧減少的機(jī)制，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而法曼基于南極一個(gè)站的資料，就能給出相當(dāng)全面的分析，無疑和哈雷灣站開展了持續(xù)、多要素的大氣成分觀測(cè)直接有關(guān)。法曼從1957年進(jìn)入南極局一直到1990年退休一直從事南極觀測(cè)工作（他在1990年退休前，最后一次赴南極工作），則體現(xiàn)了科學(xué)家一生獻(xiàn)給科學(xué)觀測(cè)事業(yè)的奉獻(xiàn)精神。

3. NASA的教訓(xùn)在21世紀(jì)更有現(xiàn)實(shí)意義

實(shí)際上，早在南極平流層臭氧維持正常的20世紀(jì)70年代初，科學(xué)家就提出了臭氧減少的猜想。但是，后來NASA科學(xué)家用衛(wèi)星探測(cè)資料否認(rèn)了這一猜想，認(rèn)為其與觀測(cè)事實(shí)并不符合。然而，另NASA懊惱的是，在法曼文章發(fā)表后，再次準(zhǔn)備反擊的NASA卻發(fā)現(xiàn)，其衛(wèi)星資料不僅支持法曼的發(fā)現(xiàn)，在反復(fù)核查南極衛(wèi)星臭氧觀測(cè)結(jié)果后，更是補(bǔ)充說明在南極出現(xiàn)了一個(gè)與美國(guó)國(guó)土面積相當(dāng)，并且還在不斷擴(kuò)大的臭氧洞。如果說法曼發(fā)現(xiàn)了南極臭氧洞中一個(gè)點(diǎn)的深度，那么NASA就更完整地描述了這個(gè)洞的范圍之大，讓臭氧洞更加清晰和準(zhǔn)確地展現(xiàn)在世人面前。僅僅是因?yàn)榇笠?，讓更具資料優(yōu)勢(shì)的NASA沒能最早指出南極臭氧減少的事實(shí)。其中，NASA將臭氧減少的標(biāo)準(zhǔn)定得過低（圖3），使得其資料自動(dòng)處理系統(tǒng)無法被激活并給出提示，是一個(gè)很重要的技術(shù)原因。還好，NASA就是NASA，他們?cè)诜l(fā)表南極臭氧洞論文后的同年8月公布了南極上空臭氧洞的衛(wèi)星觀測(cè)照片，為法曼文章的觀點(diǎn)提供佐證，1986年又同樣在Nature雜志上發(fā)表了支持前者觀測(cè)結(jié)果的文章（圖4），在平息了爭(zhēng)執(zhí)和讓不少圈內(nèi)人感動(dòng)的同時(shí)，也讓人對(duì)NASA刮目相看。

然而，NASA當(dāng)初的慣性、傲慢和忽視給科學(xué)界帶來的尷尬，在今天幾十、上百顆氣象衛(wèi)星在天上飛的所謂“大數(shù)據(jù)”時(shí)代，應(yīng)該更具有警示意義。技術(shù)的進(jìn)步也許不會(huì)再有資料分析的“滯后期”，多平臺(tái)的觀測(cè)結(jié)果，可以通過實(shí)時(shí)的多媒體顯示，讓科學(xué)家們可以用指尖容易地獲取。然而，正如NASA制定的臭氧低值的標(biāo)準(zhǔn)很不靠譜一樣，一切依靠機(jī)器和自動(dòng)化的資料處理機(jī)制總存在弱點(diǎn)，永遠(yuǎn)也無法百分百地替代“關(guān)注細(xì)節(jié)”和“有責(zé)任心”的科學(xué)家的工作。氣象科學(xué)的發(fā)展，無疑需要更多法曼式的負(fù)責(zé)任的科學(xué)家，甘于在資料的海洋里遨游（圖5），第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵的科學(xué)事實(shí)，這樣才能讓多平臺(tái)觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)的投入，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

此外，在法曼發(fā)現(xiàn)南極臭氧洞的過程中，國(guó)際著名期刊Nature也功不可沒。Nature作為一份高度國(guó)際化的期刊，很難設(shè)想法曼論文的審閱者名單里，沒有來自NASA的專家，而即使是參與評(píng)審的英國(guó)本土專家，也不大可能會(huì)是一邊倒的贊揚(yáng)聲（包括來自作者機(jī)構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)的懷疑）。但是期刊的編輯堅(jiān)信，作者至少在揭示一個(gè)站的觀測(cè)事實(shí)上，是經(jīng)得住考驗(yàn)的。面對(duì)這篇沒有任何基金資助的文章，期刊還是以較快的速度接受并刊發(fā)。更有意思的是，一年以后來自NASA科學(xué)家的文章，成功地將法曼文章揭露的科學(xué)觀測(cè)事實(shí)，從一個(gè)點(diǎn)升級(jí)到整個(gè)南極地區(qū)，從而止住了質(zhì)疑，轉(zhuǎn)向引導(dǎo)采取國(guó)際化行動(dòng)的國(guó)際政治和科學(xué)探討，并最終促成了國(guó)際協(xié)議的簽訂和取得實(shí)效（鏈接-1）。

圖5 面對(duì)大量從南極返回的觀測(cè)數(shù)據(jù)，法曼的投入就是深入其中、關(guān)注細(xì)節(jié)

南極臭氧洞被發(fā)現(xiàn)的過程，讓我們認(rèn)識(shí)了法曼，見證了科學(xué)家必須面對(duì)的種種挑戰(zhàn)，即使到了晚年，法曼念念不忘的，還是第一手觀測(cè)（圖6）。在大氣層觀測(cè)技術(shù)

走向成熟，特別是衛(wèi)星氣象觀測(cè)已經(jīng)業(yè)務(wù)化的時(shí)候，南極臭氧洞的發(fā)現(xiàn)匪夷所思地被延緩了數(shù)年，確實(shí)給氣象界，乃至全球科技界帶來了很好的警示，需要汲取的教訓(xùn)耐人尋味。最新的觀測(cè)顯示，南極臭氧洞正在緩慢恢復(fù)，但是因?yàn)橐呀?jīng)進(jìn)入大氣層的CFCs的長(zhǎng)生命期，要到大約2070年才能恢復(fù)到其1975年以前的水平。也許逝去的法曼會(huì)帶著一份無法看到南極臭氧洞復(fù)合的遺憾，但他的精神和事業(yè)，無疑會(huì)激勵(lì)著更多后來人。

圖6 2011年，法曼在英國(guó)南極局操作Dobson光譜儀

本文由2012年中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)學(xué)會(huì)能力提升專項(xiàng)（優(yōu)秀科技社團(tuán)獎(jiǎng)）項(xiàng)目資助。

（作者單位：中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院）

深入閱讀

Childs M. 2013. Joe Farman: Scientist who fi rst uncovered the hole in the ozone layer. The Independent, 21 MAY 2013.

Christie M. 2004. Data collection and the ozone hole: Too much of a good thing? In: Proceedings of the International Commission on History of Meteorology 1.1

Farman J C, Gardiner B G, Shanklin J D. 1985. Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal CIOx/NOxinteraction. Nature, 315 (6016): 207-210.

Joseph Farman. 2010—2011. Interviewed by Paul Merchant, National Life Stories, An Oral History Of British Science http://sounds.bl.uk.

Pretis F, Allen M. 1993. Climate science: Breaks in trends. Nature Geoscience, 6: 992–993.

Pyle J, Harris N. 2013. Joe Farman (1930–2013) Discoverer of the ozone hole. Nature, 498 (7455): 435.

Stolarski R S, Krueger A J, Schoeberl M R, et al. 1986. Nimbus 7 satellite measurements of the springtime Antarctic ozone decrease. Nature, 322: 808-811.

Velders Guus J M, Ravishankara A R, Miller M K. 2012. Preserving montreal protocol climat e benef i ts by limiting HFCs. Science, 335(6071): 922-923.

鏈接-1 《蒙特利爾議定書》的力量：0.1℃

1987年9月16日開始簽署，1989年1月1日起生效的《蒙特利爾議定書》可能是最成功的國(guó)際環(huán)境協(xié)議，它有效地抑制了臭氧消耗物（ODSs），例如碳氟化合物（CFCs）和氫氯氟碳化合物（HCFCs）的生產(chǎn)和消費(fèi)。而氫氟碳化物（HFCs）不破壞平流層臭氧，被認(rèn)為是ODSs的長(zhǎng)期替代物，并沒有包括在協(xié)議中。但因?yàn)榇蠖鄶?shù)HFCs 是高效溫室氣體（GWP），因此《京都議定書》對(duì)其進(jìn)行了限制。盡管如此，《蒙特利爾議定書》對(duì)CFCs、HCFCs等的限制已經(jīng)有效控制了ODSs的輻射強(qiáng)迫作用。圖a中顯示，如果沒有蒙特利爾條約，ODSs產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫在2010年可能會(huì)達(dá)到0.60～0.65W/m2。而在未來如果可以修訂《蒙特利爾議定書》控制HFCs，將能進(jìn)一步保證其帶來的氣候效益。

IPCC最新的氣候變化評(píng)估報(bào)告（AR5）更加肯定了人類活動(dòng)對(duì)全球變暖帶來的影響，同時(shí)IPCC致力于回答影響決策的科學(xué)研究到底能否改變什么，顯然《蒙特利爾議定書》不容置疑地提供了正能量。圖b中描述了《蒙特利爾議定書》通過約束CFCs對(duì)全球變化趨勢(shì)起到的明顯減緩作用。不同要素影響著地球能量平衡，其中包括大氣甲烷（綠線）和CFCs等其排放受到《蒙特利爾議定書》限制的氣體濃度（藍(lán)線）。所有要素共同決定了總的不斷變化的輻射強(qiáng)迫（紅線），而《條約》的執(zhí)行拉低了CFCs濃度和輻射強(qiáng)迫（虛線為沒有條約的情景）（圖b1）的同時(shí)，也改變了溫度升高的進(jìn)程（圖b2，能量平衡模式模擬結(jié)果，紅線為溫度變化，其他同圖b1），即《蒙特利爾議定書》讓溫度幾乎降低了0.1℃，圖中方塊給出觀測(cè)到的年均溫度及其與模式溫度的偏移 。