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回忆吕保维院士 吕保维（1916-2004）江苏常州人，电波传播和空间物理学家，中国电波传播科学创始人之一。1935年考入清华大学，1939年毕业于西南联大。第六届庚子赔款留美生，1947年获哈佛大学哲学博士学位后在该校克拉夫特（Cruft）实验室从事电离层物理和电波传播研究，其电离层吸收测量及电波到达角测量是国人最早的电离层传播实验。1949年夏回国，1980年当选中国科学院学部委员及国际宇航科学院院士。在建国初极简陋条件下领导组建新中国电离层观测站网，奠定中国短波无线电通信频率预测和电离层传播研究的基础；针对军用通信需求发展对流层和电离层前向散射理论，指导建立‘北京—上海’、‘北京—天津’电离层散射实验电路；主持我国首次高频地波超视距雷达试验，奠定中国研制高频地波超视距雷达和海态遥感雷达基础；在创建中国电波传播研究所，领导完成科学院电子所学科发展方向调整做出了决定性贡献。他重视基础研究，给出经典绕射理论的严格数学证明；提出卫星式飞船短波通信的电离层 “滑行波”传播模式理论；提出地球极区沉降电子激发电磁辐射理论。他曾当选第五届、第六届、第七届全国人民代表大会代表，连续三届担任空间科学学会理事长、一届电子学会常务理事和两届连任理事、连续四届电子学会电波传播分会主任委员等职。
一、成长经历 吕保维于1916年7月22日出生在江苏常州一个读书人家，自幼受到传统道德教育的家风熏陶。九岁双亲相继去世后寄住北平叔父家，后随叔父家迁居上海。他天资聪慧，入小学读书一个学期就升入初中，初二读完后又跳级入高中，用5年半时间修完12年的中小学课程，1935年以各门均优的成绩毕业于上海中学。毕业当年报考了清华大学、交通大学、浙江大学和吴蕴初先生创办的清寒教育基金，四处均得录取。后乃决定上清华大学，在清华大学机械系读完第一学期后转读电机系。1937年暑假参加抗战将领宋哲元部的北京西苑兵营军训，七七事变后去当时位于长沙的清华、北大、南开三校筹建的临时大学就读，一年后随该校迁往昆明西南联合大学，1939年毕业。毕业后，在昆明清华大学无线电研究所当了一年助教，并考取了第五届庚子赔款公费留学。1941年与其他17名第五届庚子赔款留美生一同去驻香港美国领事馆办签证，领事馆以有沙眼病为由拖发了签发。接着太平洋战争爆发，日本侵略军占领香港，以至1943夏才获赴美签证。当时世界处于战时，他不得不辗转经印度、南非、南美，通过巴拿马运河到达美国，于当年秋入麻省理工学院研究生院电机系，选学了当时迅速发展的微波技术、雷达，通信和自动控制，及电磁场理论和数学物理方法等学科。1944年6月，在导师Arguimbau教授指导下，以论文“线性调频信号鉴频器的设计”获科学硕士学位，并被选为Xigma Xi会员，同年入哈佛大学应用科学学院研究生院深造。此间在Harry Mimno教授的指导下，以自己建立的实验装置，完成电离层对电波吸收的实验测量。在以论文“电离层吸收日变化研究”获哲学博士学位后，他进入哈佛大学克拉夫特（Cruft）实验室，从事电离层物理和无线电波在电离层中传播的研究。此间他继续独立设计和安装仪器，成功进行电波到达角及极化测量。在当时这些工作是研究电波电离层传播的前沿。 吕保维美国求学期间，国内解放战争节节胜利的消息使他极受鼓舞。他渴望了解中国革命情况和马克思主义思想，仔细阅读有关中国革命的小册子及马克思主义的经典著作。经过对社会问题和哲学问题的深入思考，他坚信在中国共产党的领导下历尽苦难的中国人民必将获得彻底的解放。想到在革命胜利后要建设一个新中国这项伟大而艰巨的事业，吕保维心情十分激动，要为新中国的建设贡献自己的一份力量，于是他毅然决定1949年夏天回国。由于美国还没有至远东地区的正规航运，他决定远去旧金山暂住以便搭乘从旧金山开往远东的货轮。1949年秋在一艘没有乘客铺位的货船甲板下找到一个舱位，经历艰苦到了香港后，又再乘一小货船到塘沽，辗转最后到北京。遗憾的是到达北京时隆重“十·一”开国大典刚开过。吕保维到北京后遇到了从解放区进城接收邮电系统和广播系统的干部，热情地欢迎他到邮电系统工作，于是他到了邮电部工作，其主要任务就是筹划并开拓新中国的电波传播研究事业。吕保维从此全身心投入，无私奉献他一生的50多个春秋。他无愧为“心系神州大地，为人民竭诚奉献；情注电波空间，问宇宙毕生追求”的中华人杰。直到2003年他已87岁高龄，仍然辛勤耕耘、著书立说，将自己的丰富知识和学术思想传给年青一代。不幸的是，2004年病魔夺走了他的记忆力和正常思维能力，他已辨认不出周围的一切，却能一遍又一遍喃喃自语重复着毛泽东主席在开国大典上震撼世界的那句话：“中华人民共和国成立了，中国人民从此站起来了！”这句他以前曾在许多场合多次说过的，也是他回国后听到的第一句终生难忘的话。那时的先生在想什么，我们不得而知。但我们可以相信，“国家富强、科学繁荣”一定是他在生命临将尽头仍永远最牵挂的。他那颗为祖国母亲的赤子心，一生鞠躬尽瘁的奉献精神，一直激励着承传他学术薪火的后来人为国家富强，人民幸福，科学繁荣继续奋斗！ 从1949年秋回国至1952年底，吕保维任邮电部邮信科学研究所电波传播研究室主任。1953年初邮电部邮信科学研究所划归中国人民解放军通信兵部所属新成立的电信科学技术研究所，吕保维担任该所的电波传播与天线研究室主任。1956年7月，中央军委建立了旨在发展我国空间事业的中国人民解放军某部，电信技术研究所被全建制地纳入该部队序列，吕保维也随之转了过去继续主持电波传播研究工作。从回国至在部队工作的八九年，吕保维致力于筹建和开拓新中国的电波传播事业。首先，他集中精力组建电波传播研究队伍，主持研制电离层垂直探测仪、电离层吸收仪和来波测向仪等一批观测设备。当时的工作条件相当艰苦，无线电器材也十分短缺，很多电子器件，如脉冲变压器、高压开关等，都要自己设计研制，甚至一些电子管的管座也要自己动手做。接着，他主持制定我国电波传播研究的发展规划，领导筹建全国电离层观测站网，以研究中国地区的电离层变化规律。在他领导下中国电离层观测站网于1956年基本建成，观测站点布局东起长春西至乌鲁木齐，北起满洲里南至海口，并进行长期常年观测的数据积累。这使当时亟待开展的短波无线电通信频率预测、电离层物理、电离层电波传播，以及短波场强计算的研究有了观测数据的支撑靠。此后，吕保维紧跟当时国际电波传播发展步伐，瞄准了国际上正在兴起的散射通信研究的热门课题，在太白山、五台山建立了实验站，组织开展了我国首次电离层和对流层散射的实验，为我国电离层散射传播、对流层散射传播课题奠定了实验研究基础。在开展实验研究同时还开展了理论研究，他后来发表的“超短波前向散射理论”等论文记载了当时他对无线电波的对流层和电离层前向散射传播理论的研究成果。 1956年，他作为我国四人代表团的一名主要成员参加了在西班牙巴塞罗那召开的国际地球物理年大会，大会上我国代表团宣传了中国政府关于发展中国科学技术的远景规划，宣布了中国科学技术工作者将向地球物理和空间科学技术进军的计划，包括承担其中的国际义务。中国代表团在会上地位排在第三位，受到国际同行瞩目，吕保维已被视为我国这个领域的主要知名专家。1956年9月，依据“中国发展科学技术十二年规划纲要”成立了中国科学院电子学研究所，为了加强对电波传播与天线这一新学科的研究，1957年吕保维奉命转到该所主持该学科的开拓工作，任电子学研究所第十一研究室主任。此期间他完成了我国首次早期高频地波绕射雷达的概念性试验，他还同时在中国科学院科学技术大学研究生院教授无线电波传播课程，指导研究生。他独立完成了“超短波前向散射理论”和“短波超视距通信的‘滑行波’模式”的初步理论。 1962年，刚渡过“三年困难时期”，万事待兴。当时我国电波传播研究远远也落后于国家发展的要求，他倡导筹建了中国电子学会天线与电波传播专业委员会。接着，在广泛征集电波传播界同行的知名专家们的意见后，他明确地提出建立一个面向全国的综合性的电波传播研究机构的设想，亲自主持草拟创建中国电波所的建议书，此事在聂荣臻元帅的亲自过问下，1963年5月，国防科委批准了这个建议，我国电波传播研究事业迎来了发展的新机遇。1963年初吕保维迅速在电子所组成非全脱产的电波传播所筹备组并亲任组长，协助国防科委第十研究院筹建电波所事宜，他主持筹建电波所的技术工作，制订研究所发展规划。1965年8月中国电波传播研究所正式成立，从此中国电波科学事业揭开了新的发展的一页。吕保维随即调入该研究所，任副所长兼总工程师。他带领一批技术骨干毅然离开首都北京，来到地处河南省新乡市电波所。吕保维所制定的我国电波传播研究的发展规划、主持开创的电离层、对流层传播等基础性研究、领导创建的电离层观测站网等重大举措，对中国电波传播研究所近五十年来的发展和壮大都具有十分重大的意义。中国电波所五十年成就也见证了中国电波科学事业繁荣昌盛发展的五十年。 1966年至1977年，“文化大革命”中吕保维被调到中国科学院７０１工程处，随后又转到中国人民解放军８１２０部队和上海４１０１等单位，参与人造地球卫星发射、运行有关的科学研究工作。 文化大革命后1978年吕保维调回中科院电子所并被任命为所长。在从1965年调离至此时的十多年中，国际上电子和信息技术高速发展，而国内却由于“文化大革命”的破坏远落后国际的发展潮流，国家希望中科院电子所对我国电子和信息科学技术的发展发挥重要作用。形势要求电子所必须尽快调整科研方向，从研制真空微波器件和气体激光器为主重新调整为能够反映电子和信息领域国际发展主流方向的综合性电子学研究所，这一重担责无旁贷地落到了吕保维所长的肩上。调整一个研究所的学科方向是一件十分困难而复杂的工作，既要抓住电子与信息科技发展的前沿，又要考虑到电子所曾经是一个专业性研究所的实际情况；既要考虑今后国民经济与国防建设的需求，也要考虑随着国家向市场化发展之后所出现的新问题。吕保维遵循院领导的意图，克服重重阻力，组织完成了电子所发展方向的调整工作。在其间吕保维深入、广泛地调查研究，与国内同行的知名专家们的讨论，听取各方面的不同意见。他尊重党委领导、认真贯彻执行国家和科学院的方针政策，做深入细致思想工作以处理好专业方向调整带来的各种复杂的具体问题。在吕保维任所长期间（1978年－1984年），中科院电子所确定了以“通信与电子系统”、“信号与信息处理”、“电磁场与微波技术”、“物理电子学与光电子学”等作为主要学科发展方向，并以电子和信息技术的空间应用为其中的一个重点。上述决策基本上符合此后相当长的一段时间里国内外电子和信息技术发展的主流方向，对于电子所以后的稳定发展起到相当重要的作用。吕保维以他对学科发展的远见，对科学事业的责任，对国家事业的忠诚，一心为公、勤恳务实的工作作风和严谨、科学的治学态度，保证了电子所学科方向调整的顺利完成。1984年，他辞去了中国科学院电子学研究所所长职务，潜心从事电磁波传播理论研究和培养高级电波科学研究人才的工作，指导青年科学家群体取得了一系列新的科研成果，出版了多部著作，特别是在2003年出版了积他数十年研究心得的《电波传播基础理论及其应用》一书。吕保维关心国家建设和社会进步，在我国科学界享有很高的威望，他的科学成就和人品获得人们普遍的赞誉。。他曾当选为全国人民代表大会第五届、第六届、第七届的代表；曾先后连续三届担任中国空间科学学会理事长、担任一届中国电子学会常务理事和连任两届理事、、连续四届担任中国电子学会电波传播学会主任委员、中国电子学会会士、中国通信学会会士等职。
二、主要学术成就 吕保维院士在短波无线电通信频率预测、电离层传播、对流层和电离层前向散射传播、电波绕射传播理论和应用、电离层物理、空间物理等多方面做出了杰出贡献。 （一）完成了国人最早电离层传播实验 1943年吕保维在哈佛大学应用科学学院研究生期间，自己动手建立了一套用回波幅度比较方法测量电离层吸收的装置，并据此取得了一个季度的观测数据，得出了和Charpmam理论相符的结果。这是中国人第一次以自己设计的仪器去研究电离层物理特性的重要成果。1944年在哈佛大学克拉夫特（Cruft）实验室，吕保维独立设计和安装了仪器，用后来被称之为干涉仪的原理的方法接收电台信号，并测量无线电波的来波到达角，这是中国人第一次成功地进行的无线电波传播特性的测量研究。
（二）组建了新中国电离层观测站网 电离层是地球大气的一部分，大致高度范围为地面以上60公里到2000公里以内。对于无线电波短波而言，远距离传播是依靠在地面与电离层之间来回反射和折射实现。由于电离层的形成及变化主要取决于太阳活动，电离层特性具有明显的时间变化和地域变化特性，为保证稳定可靠的短波无线电通信和无线电广播，必须对电离层状态特性作连续监测，并依据监测结果数据来决定短波传播电路的工作参数。上世纪五十年代，短波通信和短波广播是我国远程通信广播的主要手段，电离层监测是必不可少的基础工程，其中最重要的是建立电离层垂直观测站网。吕保维自1949年回国后指导并直接参与电离层垂测探测仪，电离层吸收仪和来波测向仪等一批观测设备的研制，主持制定了电波传播发展规划和领导建立了全国电离层观测站网。中国电离层观测站网在1956年基本建成，使当时我国亟待开展的短波无线电通信频率预测、电离层物理和电离层电波传播研究有了观测数据的坚实支撑。站点具有合理的布局：沿120°经度线，每隔5°纬度一个站的观测站链，研究中国地区电离层纬度效应；在45°和30°纬度，东西跨度50°经度的两条观测站链，研究中国地区的电离层经度效应。在此后他继续领导建立了散射通信传播观测站，为开展在我国进一步开展电离层对流层散射传播等课题奠定了基础。
（三）发展了对流层和电离层前向散射理论 上世纪五十年代起，世界上各电信技术先进国家曾出现过散射传播实验和理论研究的高潮，在当时，散射通信具有实现超短波以上频段远距离通信、极高的保密性和可靠性的特点，作为军用通信手段是其它无线电通信手段无法比拟的。 超短波在对流层或电离层中前向散射理论是散射通信的基础，吕保维在前人的前向散射传播理论研究基础上做了很大的发展。他提出前向散射截面和接收功率的表达式可以用介电常数起伏的相关系数
（四）创建高频无线电波电离层传播的统一理论 上世纪五十年代，吕保维在研究远距离短波通信频率预测问题时发现，远距离短波通信电路的实际最高可用频率一般可高于多跳的传播模式假设下的预测值，多跳的传播模式不可能是远距离短波通信的唯一或显著模式。实践表明用经验的“控制点法”预测最高可用频率与实际符合得很好，但从未有过理论上的解释。吕保维提出了一种称之为“滑行传播”的理论，可解释经验的“控制点预测法”。 六十年代进入载人航天时代的，地面与卫星式飞船的通信成为研究热点。地面与飞船通信一般多用甚高频（VHF）以上波段。由于VHF波段只能在视距范围内传播，当时我国没有海外基地，各跟踪站的天—地通信距离是有限的。为了扩大天—地通信的覆盖范围和增加国内基地的跟踪时间，必须考虑超视距通信。实现超视距通信要用短波波段，1961年在我国第六次星际航行讨论会上，吕保维提出了一种天—地短波超视通信的“滑行波”模式的理论。依据短波传播理论，在电离层内有反射、穿透、环球传播三种可能传播模式。反射条件是 上世纪末，中国电波传播研究所的研究人员以吕保维的“滑行波”模式的理论为基础，提出了我国“神舟”飞船与地面的超视距短波通信电路设计方法，并出色完成了“神舟”飞船系列实验的通信保障任务。
（五）主持了我国首次高频地波超视距雷达概念性试验 1959年，吕保维受国防科委和海军委托，研究海面上雷达的超视距探测能力。他利用电离层测高仪改装成短波雷达，在大连海岸边接收到离岸60至100公里远，视距以外的海面上舰船的回波，证明了被舰船目标散射的短波段电磁波信号，经海面绕射传播后足以被检测到。这是一个创新性的实验，也是我国最早的高频地波超视距雷达概念性试验。但由于当时我国电子技术和工业水平有限，还无法进一步应用其研究成果。四十年后，哈尔滨工业大学和武汉大学的研究人员以这种地表波绕射传播机制，分别为我国研制成功高频地波超视距雷达和高频海态遥感雷达。
（六）弥补经典绕射理论中在数学推导的缺陷 1937年范·丹·坡尔（Van dan pol），布莱麦（Bremmer）和福克（Fok）等人发表的论文，给出了电波地球绕射传播问题的电场和磁场强度的解，其中利用华生（Watson）变换求矢量位级数解。吕保维于1965年在《中国科学》英文版上发表的《无线电波沿地球绕射理论的若干数学问题》一文，弥补该论文数学上的缺陷。 吕保维在论文中提出了Van和Bremmer等人论文的中的存在的问题。在他们的模型中，当收发点的地心距 吕保维的论文指出，虽然Van和Bremmer以及Fok等人最后结论是正确的，但推导方法有错误。为了把Watson变换方法用到更一般情况，吕保维合理地假定在
（七）对极区损失锥区内沉降电子产生电磁波的理论研究 极区沉降电子电磁波激发问题，尤其关于极区千米波辐射问题，是不少学者关心的研究课题。吕保维注意到，在等离子体波的动力学理论中遇到了动量P空间的积分，它的被积函数在实轴上有极点，朗道（Landau）在非相对论情况下提出了一种求解此积分的方法；而当电子为相对论时，朗道的方法应加以证明才能推广应用。吕保维于1987年在《中国科学》A辑上发表的《关于在极区损失锥区内沉降电子激发产生电磁波理论》一文论述了这一问题。首先他将朗道求积分方法推广到强相对论性的情况，再考虑到在极区地球磁场的损失锥结构对电子的分布函数有重要影响，提出了关于损失锥区内电子平衡分布函数的一种较接近于实际观测的新模式。
结束语 从吕保维院士一生可以看到处在国家危难年代我国老一辈爱国知识份子的人生轨迹。记录下他们对祖国的热爱，对真理、科学的执着，对启迪后来者是很有意义的。由于工作关系笔者与吕保维院士接触较多，对新中国电波传播事业的开拓吕保维院士功居至伟，是德高望众的长者；而在平时他却总是那样质朴、宽厚、淡泊、儒雅，在人们的心目中他是真正的学问家、仁者和智者。 (十室 李芳) |
