風暴理論 從對抗到合體

1835年4月，美國氣象學家威廉·雷德菲爾德被一篇匿名文章吸引了注意力。這篇刊登在《富蘭克林研究院期刊》上的文章對雷德菲爾德的風暴理論提出了質疑。作者宣稱，他將會在不久的將來糾正雷德菲爾德的錯誤。在19世紀，科學家受到學術界同行的質疑并非新鮮事，但對于在風暴研究領域頗有建樹的雷德菲爾德而言，這不啻于一篇討伐自己“學術帝國”的檄文。他決定予以回應。于是，一場關于風暴的學術爭端就此展開。

下面讓我們沿著時間的脈絡重溫這段有趣的歷史。

“上帝之鞭”

1831年8月10日傍晚，巴巴多斯靜謐秀美的大好風光一如往昔。當夕陽漸漸沉沒在遙遠的地平線下時，大風驟起，大片翻涌的愁云堆積在天邊。入夜之后，風力加大，最終于凌晨時分演變成猛烈的颶風。持續時間長達6小時的颶風摧毀了這座迷人的小島：海灣里停靠的船只被狂風掀翻在岸邊，島上的建筑和種植園區被夷為平地，4000多人不幸遇難。在颶風的淫威之下，巴巴多斯這片富饒的甘蔗產地一夜之間變得滿目瘡痍，不僅蒙受了重大的經濟損失，而且發生了人道主義危機。

風暴肆虐過后的10月7日，時任巴巴多斯總督的詹姆斯·里昂爵士決定將這一天定為全民哀悼日以及向上帝的感恩日，因為他和絕大多數人一樣，認為風暴是超出科學范圍的神跡，風暴的出現不過是上帝對人類施行的一場審判。

有別于民眾的認知，學者們不愿相信人類在風暴面前只能祈禱。于是，一場揭秘風暴的行動就此展開。雷德菲爾德也由此嶄露頭角。

初識風暴

雷德菲爾德在42歲之前并未被氣象學界所熟知。此前的他不過是一名經營輪船公司的商人。憑借著獨到的眼光、創新能力和打拼精神，雷德菲爾德在商界X4K8A5qV/er+fPT0JgIRggzdC/qkJT5lZ7DNE7AfI9Y=收獲了不俗的口碑以及可觀的財富。那時的雷德菲爾德并未想到，不久之后，他將叩開氣象學界的大門，并在風暴領域潛心研究數十年。

1831年，在從紐約去往紐黑文的輪船上，雷德菲爾德遇到耶魯大學教授丹尼森·奧姆斯特德。倆人聊到了一篇有關冰雹的論文，并很快談起了風暴。雷德菲爾德向奧姆斯特德講述了自己對風暴的見解。據他觀察，一場風暴肆虐過后，在相距1500米的兩地，樹木的倒伏方向并不一致，甚至完全相反。雷德菲爾德據此推斷，風暴的風向是不斷變化的。為了驗證自己的猜想，他搜集了各地出版的報紙，并繪制出風暴的移動路線，最終斷定風暴是一場移動的巨型旋風。

奧姆斯特德對雷德菲爾德的風暴理論產生了濃厚興趣，他鼓勵雷德菲爾德就相關研究撰文發給《美國科學期刊》。幾個月后，震驚氣象學界的《大西洋沿岸盛行風暴研究》一文問世。

在文章中，雷德菲爾德提出了這樣一種理論：風暴其實是一個規模巨大的旋風，它就像陀螺一樣到處轉來轉去，但在颶風中間的颶風眼zQI+bn1ho5vhbWr0/OfObH8qe+FvpG7tcINxfsrYWgw=里其實是沒有風的。雷德菲爾德還通過一個簡單的實驗構造出風暴的模型：在盛有一半水的圓柱形容器中，用攪拌棒沿著圓形軌跡朝一個方向不停攪拌容器中的水，進行離心運動的水體的中部水位下降、外圍水位升高。風暴的力學結構由此呈現在人們眼前。該實驗還一舉解答了三個困擾人們的難題：一是弄清了為何一場西北風暴后面總是跟著一場東南風暴。二是解答了風暴中心氣壓變低的問題，同時證明了某地的氣壓為何會在風暴來臨前升高。三是解開了風暴眼的秘密，即由旋風中心的真空作用引起，風暴中心會出現短暫的無風平靜期。

雷德菲爾德的理論在當時較好地解釋了風暴運行的機制，因而獲得了學術界專家的一致認可。雷德菲爾德相信自己會親手揭開風暴形成的神秘面紗，直到一篇匿名文章的出現。

匿名作者

這篇匿名文章的作者是美國氣象學家詹姆斯·埃斯皮，他比雷德菲爾德年長4歲，是個典型的學院派，個性堅定且強勢，學術風格大膽而激進。埃斯皮任職于費城的富蘭克林研究院古典系，從事與氣壓波動相關的研究工作，并精通數學計算。

1834年，埃斯皮當選美國自然科學協會與富蘭克林研究院聯合委員會主席，并正式投身于風暴的研究工作。埃斯皮培養了14名天氣日志記錄員，負者記錄每天的風向和云的特征，以期盡可能多地收集新生風暴的信息。與此同時，埃斯皮通過對“潛熱”的研究，發現水汽通過上升氣流維持在空中并最終形成了云。這一發現猶如最后一塊拼圖，至此，埃斯皮構建起了一套完整的動態天氣系統理論。

在接下來的日子里，埃斯皮著手驗證自己的水汽循環理論。得益于扎實的數學功底，埃斯皮的計算工作進展順利。后來，埃斯皮升任美國自然科學協會氣象學聯合委員會主席，這使他有機會利用真實數據對自己的理論進行模擬。隨著研究的深入，埃斯皮意識到雷德菲爾德風暴理論的最大缺陷是不能解釋風為何會圍繞風暴中心高速旋轉。經過嚴密的計算，埃斯皮得出了自認為更合理的解釋：風暴下方的冷空氣借由水汽的強大推力不斷取代上升的暖空氣的位置，最終形成威力巨大的風暴。

埃斯皮堅信自己的水汽理論就是風暴為何會產生的最終答案，除此之外的一切理論都是荒謬的。自信的埃斯皮決心采取縝密的行動將雷德菲爾德趕下“王座”。

針鋒相對

鑒于雷德菲爾德的風暴理論已深入人心，埃斯皮希望誘使雷德菲爾德率先發聲，從而掌握主動，這才有了前文提到的那篇匿名文章。

這篇刊發于1834年的匿名文章篇幅不長，卻點名道姓直指雷德菲爾德論文的不妥之處，并聲稱將繼續保持懷疑，直到獲得更多證據以推翻其論斷。一年之后，埃斯皮等來了雷德菲爾德的反擊。

在1835年4月寄給《富蘭克林研究院期刊》的回應文章中，雷德菲爾德坦承自己關于愛丁堡氣壓變化的言論是錯誤的，但不接受匿名作者的其他批評，特別是其傲慢無禮的態度。通過查閱大量的數據和資料，雷德菲爾德斷定埃斯皮的熱流似乎是會對局部天氣產生影響，比如說影響陸地上或海上的風，但熱流并不是導致宏觀性的大氣事件的首要因素。所以，他又一次重申了自己的“風暴是旋風”的觀點，并且宣稱這是由“地球繞地軸自轉”引起的。

雷德菲爾德的回應迅速成為了學術界熱議的話題，這也正是埃斯皮所期待的。在此期間，埃斯皮緊鑼密鼓地發表了一系列論文，成功地宣揚了自己的水汽循環理論。萬事俱備，埃斯皮決定對雷德菲爾德進行公開抨擊。

1836年7月，埃斯皮撰寫的《對霍頓、雷德菲爾德和奧姆斯特德理論的檢驗》一文刊出。文章措辭尖銳，甚至稱得上是刻薄，直接反駁了雷德菲爾德關于風暴的核心觀點，即風暴是移動旋風的理論。他指出：“很明顯，所有這些事實都更符合豎直旋風理論，而非水平旋風理論。”

面對埃斯皮的公開批評，雷德菲爾德進行了有禮有節的反擊。他在發表于1837年2月的《雷德菲爾德先生就某些風暴的旋風特性答埃斯皮先生書》一文中表示，自己無意推翻埃斯皮的氣流上升理論，只想闡述自己觀點的科學性和數據的真實性。

二人都對自己的觀點據理力爭。在埃斯皮看來，雷德菲爾德的觀點缺乏系統理論的支持，只有一系列的觀察記錄和過于主觀的推斷。雷德菲爾德則認為，埃斯皮過于執著于自己的觀點，并一針見血地指出：如果水汽是風暴的推動力，為何最強大的風暴往往出現在水汽活動較弱的冬季？

與埋頭于研究的雷德菲爾德不同，埃斯皮選擇到更多的公開場所宣揚自己的觀點。接下來的4年里，埃斯皮在氣象學聯合委員會主席頭銜的加持下，憑借精心的準備和不俗的談吐，使自己的風暴理論逐漸獲得美國氣象學界的認可。勝利的天平開始向著埃斯皮傾斜；但他不知道的是，雷德菲爾德拿到了足以扭轉局面的砝碼—一封來自大西洋彼岸的來信。

跨洋來信

1838年4月，一封來自英國皇家工程師威廉·里德的信件端正地擺在雷德菲爾德的書桌上，信中還附有幾張記錄風暴的樣表。里德言辭恭敬，先是肯定了雷德菲爾德的風暴理論，并表示自己打算發表一篇有關風暴的論文，希望可以得到雷德菲爾德的指導。

里德出生于一個牧師家庭，作為家中長子的他聰明且富有責任感。里德同樣是非科班出身，與氣象學結緣始于一場風暴。1831年秋，40歲的里德被派往風暴過后的巴巴多斯災區，負責監督當地的重建工作。里德希望建立一份完整的檔案，記錄風暴從產生、壯大到消散的全部過程。他收集了附近海域船只的航海日志，繪制出實時風向圖，并標出風暴的移動軌跡，同時推算其時速大約是10英里。不過，關于風暴是如何形成的等一系列問題困擾著里德，直到他看到雷德菲爾德發表在《美國科學期刊》上的關于風暴的論文。

在隨后的6年中，里德通過更多的資料驗證了雷德菲爾德理論的正確性。于是，里德主動聯系雷德菲爾德。此后，持相同觀點的二人保持著密切的聯絡，相互分享最新研究進展。

1838年8月，里德受邀參加英國科學促進協會的年度大會，并成功做了一次有關其風暴研究的演講。里德在演講中介紹了雷德菲爾德的風暴理論，并講述了自己根據該理論所做的相關工作。里德還把自己的新書《風暴規律初探》即將出版的消息公之于眾。新書中收錄了里德的大量專業研究內容，包括給水手的提示、經典的風暴案例和供參考的風暴實時地圖等實用信息。

里德在英國學術界大獲成功，雷德菲爾德的風暴理論也隨之受到廣泛關注和認可。當里德的新書《風暴規律初探》在美國發行后，埃斯皮發現之前的大好形勢不復存在，局面已然失控。

各執半子

拿到《風暴規律初探》一書后，埃斯皮第一時間對書中的風暴圖進行了重建，并有意剔除了部分數據，使之更符合自己的風暴理論。在隨后發表的論文中，埃斯皮表示，完善的航海日志明確顯示空氣是向內流動的，說明存在斜向上的力導致風向發生偏移。

埃斯皮擅自修改數據的做法引發學術界不滿，其中也包括雷德菲爾德。他厭倦了這場曠日持久的爭論，并希望爭論能夠盡早結束。

1839年7月，雷德菲爾德集中火力，以辛辣的筆觸逐條批駁了埃斯皮的論點。輿論這次站在了雷德菲爾德一邊，美國當時最有影響力的文學雜志《尼克博克》甚至認為埃斯皮的觀點已被徹底推翻。

受到強烈質疑的埃斯皮決定做最后一搏。1840年6月，埃斯皮動身前往利物浦參加英國科學促進協會的新一屆年會，并在大會上詳細闡述了自己的觀點。他像里德一樣通過各種圖表強調風是如何朝著風暴中心向上運動的。不過，埃斯皮的演講受到了臺下專家們的質疑。最終，埃斯皮敗走英國學術界。

還好，隔海相望的法國學術界給予了埃斯皮支持。法國科學協會特意成立評審委員會，對埃斯皮的風暴理論進行詳細的論證，并充分肯定了他的理論，這讓埃斯皮大受鼓舞。回國后，埃斯皮趁勢出版了《風暴原理》一書。該書缺乏新的論點，更像是埃斯皮已經發表的文章的匯總。這本著作雖然沒有終結論戰，但至少保住了埃斯皮的聲譽。往后的時間里，二人均沒能在風暴研究中更進一步，這場爭論也就此偃旗息鼓。

塵埃落定

1856年，來自美國田納西州的數學家威廉·費雷爾親手為這場爭論畫上了句號。在《海洋的海風與洋流》一文中，他證明地球自轉會導致氣流向氣壓較低處不斷運動，成功解釋了風圍繞風暴中心打轉的原因。這意味著，雷德菲爾德和埃斯皮都只說對了一半：風的確如雷德菲爾德所言是圍繞一個中心點在旋轉；埃斯皮也沒錯，風是向上運動的。

后人將雷德菲爾德和埃斯皮的風暴理論合而為一，但是兩人都沒能等到這一天。1857年后，雷德菲爾德與埃斯皮相繼離世。風暴將兩人緊緊聯系在一起，以對立的姿態；真相又讓二人和解，以這樣迷人的方式。

這，或許就是氣象學的魅力吧。

（作者單位：山西省氣象信息中心）

【責任編輯】趙 菲