地球
葉篤正 教授
地球科學(xué)獎
1995年
葉篤正? 大氣物理學(xué)家。1916 年2月21日出生，安徽安慶人。1940 年清華大學(xué)畢業(yè)。1943 年獲浙江大學(xué)碩士學(xué)位。 1948 年獲美國芝加哥大學(xué)博士學(xué)位。1980 年當選為中國科學(xué)院院士(學(xué)部委員)。芬蘭科學(xué)院外籍院士?，F任中國科學(xué)院特邀顧問(wèn)、大氣物理研究所名譽(yù)所長(cháng)、研究員。曾任中國科學(xué)院副院長(cháng)、大氣物理研究所所長(cháng)等。
葉篤正是中國近代大氣科學(xué)的開(kāi)創(chuàng )者之一，國際上杰出的氣象學(xué)家之一。他在國際上首先提出了大氣長(cháng)波的頻散理論和準地轉適應理論中的適應臨界空間尺度，是經(jīng)典大氣動(dòng)力學(xué)中最重要理論之一；他系統而創(chuàng )造性地研究東亞大氣環(huán)流變化，在國際上首先發(fā)現大氣環(huán)流季節轉換的突變性；他在國際上開(kāi)創(chuàng )了青藏高原氣象學(xué)及其高原氣候效應的研究，在國際上首先指出高原對大氣環(huán)流的熱力作用。他的上述研究成果曾獲國家自然科學(xué)獎一、二、三等獎及中國科學(xué)院科技成果獎多次。他為國際大氣科學(xué)、全球變化研究的發(fā)展和開(kāi)辟現代中國氣象學(xué)的研究作出了重要貢獻。
一、對大氣動(dòng)力學(xué)的重要貢獻
?
葉篤正在大氣動(dòng)力學(xué)方面作了大量的深入研究，發(fā)表了多篇論文。1949年首次把群速概念引入大氣環(huán)流研究，證明西風(fēng)帶環(huán)流能量可以遠異于風(fēng)速或波速向下游(或上游)頻散，從而證明在某處發(fā)生強大擾動(dòng)之后，在其下游一定距離處也將發(fā)生擾動(dòng)。這一理論對于天氣有重要影響的長(cháng)波的發(fā)生發(fā)展預報提供了重要理論基礎，被廣泛用于實(shí)際天氣預報。對于中國天氣有重要影響、阻塞高壓時(shí)有逆著(zhù)氣流方向后退的現象，能量頻散理論對此也可以解釋?zhuān)驗閷ΤL(cháng)波 ( 阻塞高壓屬此)，能量可以逆風(fēng)向上游頻散。此文已成為動(dòng)力氣象經(jīng)典著(zhù)作之一，經(jīng)常被國內外學(xué)者引用。
?
50年代和60年代，他發(fā)展了大氣運動(dòng)適應理論。在旋轉的地球上大型環(huán)流(數千公里的尺度)的風(fēng)場(chǎng)的科氏力和氣壓場(chǎng)梯度力經(jīng)常是準平衡的，由此而來(lái)的風(fēng)速稱(chēng)為地轉風(fēng)，它是天氣學(xué)和動(dòng)力學(xué)一個(gè)最基本規律。當地轉風(fēng)破壞時(shí)，則將有重要環(huán)流演變，隨之迅速建立新的準地轉關(guān)系。40年前，人們認為氣壓場(chǎng)先有變化，風(fēng)場(chǎng)去適應氣壓場(chǎng)，而再生準地轉關(guān)系。40 年代氣象大師 Rossby 等從理論上證明，是風(fēng)場(chǎng)引導著(zhù)氣壓場(chǎng)去適應風(fēng)場(chǎng)變化。1957 年葉篤正證明了對尺度空間大的大型運動(dòng)，仍以氣壓場(chǎng)為主導；對尺度空間較小的大型運動(dòng)，則以風(fēng)場(chǎng)為主導。這就對大型準地轉運動(dòng)提出了尺度概念。后來(lái)曾慶存證明這個(gè)空間尺度是以 Rossby 變形半徑為度量的。這對研究和預報大型運動(dòng)應首先抓什么有重要關(guān)系。60 年代初，他又同李麥村得出不僅大型運動(dòng)中氣壓場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)間有準平衡關(guān)系，對中小尺度(數十公里到數百公里)運動(dòng)，風(fēng)場(chǎng)和氣壓場(chǎng)也有一準平衡關(guān)系，是非線(xiàn)性的，不是地轉的。數年后，國外也出現了不少這方面非線(xiàn)性的研究。這對研究和預報產(chǎn)生嚴重天氣的中小天氣系統有重要關(guān)系。70 年代后期到80 年代，他又同李麥村得出：各種空間尺度的天氣系統的變化都有3個(gè)不同時(shí)間尺度階段。當運動(dòng)中力的準平衡遭到破壞，即發(fā)生急烈變化，恢復新的準平衡時(shí)間非常短( 第一時(shí)間尺度)，然后在力的準平衡狀態(tài)下，變化雖較緩，但這段時(shí)間較前者約長(cháng)一個(gè)量級(第二時(shí)間尺度)，因而系統的大發(fā)展發(fā)生在第二階段。此后天氣系統進(jìn)入準常定狀態(tài)，即第三個(gè)時(shí)間尺度，又比第二個(gè)長(cháng)許多。他們還給出，對每一種空間尺度的系統都有一個(gè)特征空間尺度( R)，當系統的尺度大(小) 于R 時(shí)氣壓場(chǎng)(風(fēng)場(chǎng))起主導作用。這個(gè)理論大大發(fā)展了這個(gè)領(lǐng)域。
?
二、開(kāi)拓了青藏高原氣象學(xué)
?
青藏高原對北半球天氣、氣候和環(huán)境有重要作用。但50年代前人們很少研究它。葉篤正自 50年代開(kāi)拓了青藏高原氣象學(xué)，其成果對東亞的天氣、氣候以及全球環(huán)流和氣候預報都有重大作用。葉篤正發(fā)現高原夏季為熱源，冬季為冷源，并深入研究此熱源對東亞以及北半球環(huán)流和氣候的影響。他和他的學(xué)生得出在夏季從高原熱源上升的氣流可以向東到北美西海岸下沉，還可遠到南半球下沉，這就使高原的環(huán)流和北美甚至南半球有了遙遠的聯(lián)系；他們還發(fā)現在夏季高原熱源產(chǎn)生對流活動(dòng)(小系統)對維持高原及其附近高空大型環(huán)流的穩定起主要作用，這是首次在國際上用實(shí)際資料得出非常小的系統對非常大的系統所起的非線(xiàn)性作用，等等。從此，國際上都接受高原熱力作用這個(gè)概念，而此前僅認為高原作為對氣流的屏障，只有動(dòng)力作用。在高原動(dòng)力作用方面，他首先發(fā)現高原南側的強大西風(fēng)急流，并指出對中國天氣有重大影響。還指出這個(gè)南支急流與高原北支急流匯合成為北半球最強大的西風(fēng)急流，對北半球大氣環(huán)流有非常重大影響。他的工作引出不少對這兩支氣流的研究。80年代后期他和他的學(xué)生還對比了高原和北美洛基山作用，指出了它們之間的重要不同。他和他的學(xué)生還開(kāi)展了用轉盤(pán)實(shí)驗模擬高原熱力作用和動(dòng)力作用對大氣環(huán)流的影響，他的研究顯示了高原對全球大氣環(huán)流和氣候影響的重要地位。
?
三、極受推崇的大氣環(huán)流研究
?
50年代前，人們對東亞大氣環(huán)流狀態(tài)基本是不清楚的。50年代及60年代,他和陶詩(shī)言等基本上弄清了東亞冬季和夏季大氣環(huán)流基本狀態(tài)、結構和動(dòng)力、熱力性質(zhì)，對東亞天氣預報起了指導性作用。50年代初，他和陶詩(shī)言等還發(fā)現東亞和北美由冬季到夏季環(huán)流或反之都不是逐漸演變的，而是在過(guò)渡季節(春、秋)有急驟的突然變化。這個(gè)環(huán)流突變引出了重要理論問(wèn)題。不僅如此，它對中國夏季天氣預報有重大影響，因為初夏的突變帶來(lái)了江南的梅雨，第二次變化帶來(lái)了北方的雨季。這個(gè)突變概念一直用于梅雨的來(lái)去和華北雨季來(lái)臨的預報。此項研究引起了國內外一系列的研究。70年代后期，澳大利亞在季風(fēng)研究中也發(fā)現了這個(gè)突然變化。他和他的學(xué)生還研究了青藏高原對季節突變所起的作用。70年代美國氣象學(xué)者以及中國學(xué)者曾慶存等都用大氣環(huán)流數值模擬得出這個(gè)突變。他和陶詩(shī)言等的工作推動(dòng)了中國大氣環(huán)流的研究。
?
四、開(kāi)拓了中國全球變化研究
?
80年代中期，國際上興起迄今為止地球科學(xué)方面最大又非常復雜的國際全球變化研究計劃。從一開(kāi)始他就積極參與并在其中發(fā)揮重要作用，因而被選為第一屆該國際規劃的科學(xué)委員會(huì )委員。他提出氣候和植被過(guò)渡帶是氣候和環(huán)境變化最敏感地區，因而是尋找變化早期訊號的地方，已被普遍接受。他和他的學(xué)生還在歷史上找到千年尺度、百年尺度和十年尺度的氣候突變；他們還找出我國華北一帶的氣候突變與北半球其他地區突變的關(guān)系。他還首先在中國研究陸面過(guò)程對氣候變化的影響。他的工作指出，一次性大范圍的降水或灌溉可引起陸面過(guò)程對氣候和環(huán)境影響長(cháng)達2-4月之久。他領(lǐng)導的中國全球變化預研究提出了中國在這方面的若干關(guān)鍵性的課題。在他領(lǐng)導下，中國全球變化研究有迅速發(fā)展，受到國際上的重視。
?
葉篤正教授的主要學(xué)術(shù)論文、著(zhù)作目錄
?
一、大氣動(dòng)力學(xué)方面
- On energy dispersion in the atmosphere.J.Met.,1949,6:1-16.
- On the formation of quasi-gesotrophic motion in the atmosphere.J.Met.Soc.Japan ,The 75th Anniversary Volume ,1957,130-134.
- On the mechamism of maintenance of zonal circulation. Geophysica (Finland)Volume for Celebrating 60th birth day of Prof. E.Palmen.1958.
- The process of generation of strong non-geostrophic motion by gravity waves.Scien-tea Sinica,1964,1123-1130.( 合作者 : 李麥村 )
- 中小尺度運動(dòng)中風(fēng)場(chǎng)和氣壓場(chǎng)的適應 .氣象學(xué)報 ,1964,34:409-423.( 合作者 : 李麥村 )
- On the characteristeristics of scales of the atmospheric motions. J. Met. Soc. Of Japan ,1982,60:16-23.(with Li Maicun)
- 大氣中的適應問(wèn)題 .科學(xué)出版社 ,1965.( 合作者 : 李麥村 )
- 動(dòng)力氣象學(xué) .科學(xué)出版社 ,1988.( 合作者 : 李崇銀 , 王畢魁 )
二、西藏高原氣象
- The circulation of high troposphere over China in winter of 1945-1946.Tellus ,1950.173-183.
- 西藏高原及其附近的流場(chǎng)結構和對流層大氣的熱量平衡 .氣象學(xué)報 ,1957,28:102-121.( 合作者 : 羅四維 , 朱報珍 )
- The preliminary annulus simulation of the influence of the heating effect of the Ti? betan ?Plateau on the atmospheric general circulation over Eastern Asia in summer.Science in China ,1974,301-320.(with chang)
- 夏季青藏高原對流活動(dòng)對平均環(huán)流維持的作用 .1975.( 合作者 : 李吉順 , 高登義 )
- 東亞和太平洋地區上空的平均垂直環(huán)流(一)夏季,大氣科學(xué) .1979.
- 青藏高原氣象學(xué), 科學(xué)出版社 ,1979.( 合作者 : 高由禧等 )
- Thgermodynamic structure ,convective activities and associated large-scale circulation over the Tibetan Plateau in summer. Frontiers in Atmospheric Sciences ,Allerton Press ,Inc.,1993,1-17.
三、大氣環(huán)流
- The intensity of the net meridional circulation.Q.J.Roy.Met.Soc.,1950,76,182-188.(with Riehl)
- The north-east trade of Pacific Ocean .Q.J.Roy.Met.Soc.,1951,77:598-626.(with Riehl,Malkus Laseur)
- 從大氣環(huán)流變化論東亞過(guò)渡季節的來(lái)臨 .氣象學(xué)報 ,1955,6:71- 87.( 合作者: 朱抱真 )
- 大氣環(huán)流的若干基本問(wèn)題.科學(xué)出版社 ,1958.( 合作者: 朱抱真 )
- The abrupt change of circulation over northern hemisphere during June and October. The Atmopsphere and Sea in Motion .The Rossby Memorial Volume. Ed. by B. Bolin,1959,249- 267.(with Tao ,li)
- 冬季北半球阻塞形勢的研究 , 科學(xué)出版社 ,1962.( 合作者 : 陶詩(shī)言 , 朱抱真 , 陳隆勛 )
- Oscillations in low latitudes-the extra-low frequency oscillations in low latitudes Scientia Atmospherica Sinica,1989,13:255-264.(with Fu Congbin)
四、全球變化
- The effect of soil moisture on the short-term climate and hydrology change-numerical experiment. Mon. Wea. Rev.,1984,112:474--485.(with R.Wetherad and S.Manabe)
- Climate Change-A global and multidisciplinary theme. Global Change-A symposium of ICSU, Ed.by T.F.Malone and J.R.Roederer--ICSU Press ,1984,101-119.(with Fu Congbin)
- 中國全球變化的預研究 .氣象出版社 ,1992.
- Climatic jumps in the history, Climatic Variability ,Proc.of International Workshop on Climate Varaibility ,July 13-17,1992,Beijing ,China ,3-14,China Meteorological Press ,Beijing,1993.(With Yan Zhongwei)
- Global change and the future life-dependent environment in China , Scientia Atmos-pherica Sinica.1993.(with Fu Congbin)