1957年，“国际地球物理年”委员会就颁布了两种方法，一个是方法A，一个是方法B。利用这个“逆转效应”从地面遥测臭氧层的垂直分布。其中方法B是印度一位著名的大气物理学家和数学家拉玛纳山（Ramanathan,K.R.）提出的，当时他提出的方法B是一篇大论文，并被认为是权威的，并且发表在《国际地球物理年年鉴》上。然后这一方法又被“国际地球物理年”委员会推荐给全球的臭氧观测站，作为国际通用的方法。所以这一方法成为了世界级的权威方法。
从1956年开始，我对“逆转效应”或“逆转曲线”进行了将近6年艰苦的研究和探索。在这个过程中，我发现前辈们虽然在这个问题上作出重大贡献，但他们却忽视了一个根本性的重要因素。即在“逆转曲线”形成过程中，在不同的太阳天顶角观测Iλ1/Iλ2所提供的关于臭氧层垂直分布的信息量，在空间是如何分布的？它又是如何变化的？通过不断地思考，通过严密地数学分析和繁复的计算，最终得到了几个带有基础性的重要发现。其中之一就是：“逆转曲线”所提供的，关于大气臭氧层垂直分布的独立信息量是很有限的，不能用它来测出臭氧层比较精细的垂直分布结构。
再回过头来看Ramanathan的方法B，它是把大气臭氧层分为10层，想通过较多的分层来测出臭氧层较精细的垂直分布结构。但这与我的理论是相悖的，因为独立信息量很有限，其得出的结果一定是不唯一的，是不能用的。该方法应当被推翻，应当被废弃。
在1962年初，我以这篇论文参加了提职考试（由研究实习员提到助理研究员，相当于大学里的助教提为讲师），但当我报告完论文开始答辩的时候，当场一片哗然，都是反对的声音。有的人说：“你这不行。”还有的人背后说：“这个家伙太狂妄。”其中还有权威人士加以反对，结果我的论文不予通过。在当时说我不失望，那是假话，但我依旧坚持自己的观点，并找到了当时研究室的主任叶笃正院士（叶院士是国际上最著名的大气科学家之一，是2005年度国家最高科学技术奖的获得者）。他很认真地听我讲了自己的观点，觉得其中很有道理，并且有创新。但叶老师是一个严谨治学的人，他希望我能再通过严谨的计算来检验一遍。他说：“我分给你一个人，让他帮你专门作计算，把你的数据重新算一遍。同时你要把Ramanathan的原始‘逆转曲线’数据也算一遍，你要是能得出和他完全不同的臭氧层垂直分布，那就证明他的结果真的不唯一了，我就给你推荐。”因为当时虽然有了手摇式的计算器，但大量的数据还是靠人来计算，所以叶主任分给我的助手也帮了我很大的忙。
过了几个月，计算完成了。重新计算的结果是我在论文中的结论完全正确。叶老师立刻帮我推荐，我的论文也得以在1962年的地球物理学报上发表和1963年的《中国科学》英文版上发表。
现在看起来，一个二十几岁的小伙子竟然敢在这么权威的刊物上公开地点名地反对国际权威，也许会让很多人都觉得不可思议。在当时，除了叶老师，似乎没有多少人支持我的观点。
不过时间自会证明。很快，在加拿大有一个叫麦迪尔（Meteer,C.L.）的人于1964年发表了他的博士论文，支持和证实了我的理论。而且Ramanathan的方法B在1964年之后就被淘汰了，而代之以新的方法。至此我的理论和结果完全得到承认和证实。现在回想起来我仍然非常感谢叶老师，他同样也冒着挑战权威的风险来支持我，真的很了不起。
第一件，挑战世界级权威，感谢叶笃正院士的培养和帮助
我在论文中提出的几个重要结果也为20世纪70年代以后才发展起来的大气“反演遥感”奠定了很重要的基础。所谓“反演遥感”，通俗地说，就是由高空的卫星接收大气发射出的红外线或电磁波，通过分析波的各种变化来反推出大气温度、湿度及微量成分的空间分布等。现在这种技术已经广为普及，并且成为一个重要的科学分支。
依据实验观测的事实来提出新的理论，并能经受实践的验证。所以，对于我的这一理论的证实过程，有第一种方式，也有第二种方式。从1956年到1962年的六年间，我把所有精力都投在了这项研究上。所以要提出与经典理念相悖的新理论是非常不容易的。因为上述研究的成功，我也得到一份回报——获得了1978年由中国科学大会颁发的重大科学成果奖；20世纪80年代中期我也因为该项工作顺利地当选了国际臭氧委员会委员，并干满了两届。
第二件，对南极臭氧空洞成因的研究，挑战诸多国际级权威
1985年，根据在南极地区的观测，发现了南极地区的臭氧层空洞。这一发现立刻引起了世界各国的极大关注，这是因为臭氧层对于地球上的生物而言就像是抵抗太阳紫外线辐射的防护衣一样。经科学家研究，大气中的臭氧每减少1%，照射到地面的紫外线就增加2%，人类患皮肤癌的几率就增加3%，同时还更易受到白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病的袭击。
于是大家就在想这个臭氧空洞是怎么形成的呢？
当时的主流声音认为是人类大量使用氟利昂等氯氟烷烃化学物质（如制冷剂、发泡剂、清洗剂等）造成的。因为这类物质在大气对流层中不易分解，当它们进入大气平流层后受到强烈紫外线照射，就会分解产生氯离子同臭氧发生化学反应，使臭氧浓度减少，从而造成臭氧层的破坏，于是就形成了南极臭氧空洞。我把这种对臭氧空洞成因的解释称为“人为说”。
这种说法当时全世界都认同，还因此开了很多次国际会议，并于1987年在世界范围内签订了限量生产和使用氯氟烷烃等物质的蒙特利尔协定。
1987年时我正在美国国家气象中心做访问教授。当时我就对这种解释产生了怀疑，最大的一个理由就是对氟利昂等等这些化学物质使用和生产大都在北半球进行，为什么对北半球的臭氧层没有多大影响，而空洞却出现在了距离最远的南极？正好当时美国的国家气象中心有大量的卫星资料，怀着这个疑问我用这些资料来做了分析，没想到得出了一个非常出人意料的结果。
我发现大气臭氧总量和太阳的11年的活动周期有非常大的关系，这种关系表现最明显的地方正是高纬度地区，也就是极区。
如果说是因为人类活动的影响，臭氧减少应当是中低纬地区表现明显。而结果却恰恰相反，是高纬地区表现明显。而且，按照“人为说”的观点来分析，南极臭氧空洞出现在夏季的机会较大，而不应该出现在春季（南极的春季是8—11月份）。所以这两个反常使我更加确信臭氧空洞的出现，很可能是太阳活动带来的自然现象。
有人曾经研究和观测发现，打雷时附近地面的臭氧含量会急剧增加。因为强大的电流会使空气电离，而空气中自由带电粒子的增加会产生更多的臭氧。那么太阳活动时辐射出的大量带电粒子到达地球，对大气也会有相似的影响，而且太阳辐射出的带电微粒是随着地球的磁场往地球两极流动的，因此也可以理解为什么对地球两级的影响最大。由此，我建立了南极臭氧空洞变化的物理模型（我称之为“自然说”），并大胆地预测了该洞具有准11年的变化周期。定量地说，我预测该洞在1991年至1992年会变浅、变小，并达到极值，而后又逐年变深、变大，在1997年至1999年期间达到极值，然后再变小、变浅。