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    涂傳詒 教授 地球科學(xué)獎
    2006年

      涂傳詒物理學(xué)家,1940年7月24日生于北京市。1964年畢業(yè)于北京大學(xué)地球物理系。1972年以來(lái)在北京大學(xué)任教。1980-1981年在美國天主教大學(xué)、1988-1990年在德國馬克斯普朗克學(xué)會(huì )高空研究所從事合作研究。中國科學(xué)院院士、第三世界科學(xué)院 (TWAS)院士?,F任北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授。

      涂傳詒長(cháng)期從事空間物理特別是太陽(yáng)風(fēng)的研究,至2006年5月,涂傳詒發(fā)表的文章已被《科學(xué)引文索引》( SCI)收錄 53篇,被 SCI收錄文章引用1766次,其中作為第一作者文章被 SCI收錄文章引用 1206次,單篇最高引用 210次。

      涂傳詒教授執筆編寫(xiě)“日地空間物理學(xué)(行星際與磁層)”上下冊 (科學(xué)出版社出版, 1988年);與德國科學(xué)家 E.Marsch合著(zhù)長(cháng)篇評論文章(專(zhuān)著(zhù)): MHD Structures Waves and Turbulence in the Solar Wind:Observations and Theories. (Space Science Review, vol.73, No.1-2, pp.1-210,1995又被 Kluwer Academic Publishers以專(zhuān)著(zhù)形式于 1995年出版 )。

    太陽(yáng)風(fēng)的形成機制

    一、科學(xué)成果內容

      1、發(fā)現太陽(yáng)風(fēng)中存在湍流串級過(guò)程。發(fā)現太陽(yáng)風(fēng)加熱的能源來(lái)自湍流串級能量,揭示太陽(yáng)風(fēng)能量供給和傳輸機制。創(chuàng )建了描述太陽(yáng)風(fēng)湍流傳輸特性的“類(lèi)WKB湍流理論”,以自恰方式描述阿爾芬湍流具有的波動(dòng)特性和湍流特性。在此基礎上又創(chuàng )建了太陽(yáng)風(fēng)阿爾芬湍流串級加熱理論和非完全發(fā)展的湍流間歇理論,從而開(kāi)辟了新的研究道路。該項成果的代表文章發(fā)表于Journal of Geophysical Research ,Vol. 93, Pages 7-20, 1988。

      2、發(fā)現太陽(yáng)風(fēng)流動(dòng)起源于極區冕洞磁漏斗結構中光球層上方五千公里至二萬(wàn)公里的高度范圍。提出沿徑向的太陽(yáng)風(fēng)徑向流動(dòng)是由垂直徑向的大尺度對流運動(dòng)驅動(dòng)的新觀(guān)點(diǎn),認為位于磁漏斗結構旁側的中尺度的磁圈在對流運動(dòng)的驅動(dòng)下通過(guò)磁重聯(lián)供給太陽(yáng)風(fēng)初始的質(zhì)量動(dòng)量和能量。這一新概念突破了以往學(xué)術(shù)界流行的太陽(yáng)風(fēng)起源于一維流管的想法和理論,為研究太陽(yáng)風(fēng)起源問(wèn)題開(kāi)辟了新道路。該項成果的代表文章以研究論文形式發(fā)表于SCIENCE,Vol. 308 , Pages 519-523, 2005。

    二、科學(xué)意義

      太陽(yáng)風(fēng)的起源和形成機制是空間物理學(xué)和日球層物理學(xué)的重大基礎課題,它又是與天體物理學(xué)中星際風(fēng)和等離子體宇宙研究相關(guān)的課題。太陽(yáng)風(fēng)占據的空間稱(chēng)為日球層。太陽(yáng)系的行星都浸在太陽(yáng)風(fēng)中。太陽(yáng)風(fēng)把地球磁場(chǎng)限制在一定空間范圍內,形成地球磁層。太陽(yáng)風(fēng)是等離子體宇宙中仍需探索的基本物理現象。由于恒星風(fēng)距離地球太遠,不能實(shí)地觀(guān)測,而太陽(yáng)風(fēng)能通過(guò)衛星實(shí)地觀(guān)測,因此太陽(yáng)風(fēng)的研究對恒星風(fēng)研究有重要意義。由于由太陽(yáng)發(fā)出的擾動(dòng)通過(guò)太陽(yáng)風(fēng)傳致近地空間,導致地球空間的災害天氣,因此太陽(yáng)風(fēng)又是空間天氣學(xué)研究的重要課題。

      太陽(yáng)風(fēng)形成研究的基本問(wèn)題是太陽(yáng)風(fēng)的加速和加熱機制。太陽(yáng)風(fēng)在地球軌道的速度有每秒700公里的速度和數十萬(wàn)度的高溫。什么能量支持太陽(yáng)的高速和高溫是太陽(yáng)風(fēng)研究的前沿課題。涂傳詒揭示了阿爾芬波湍流串級加熱和加速的機制,從而為太陽(yáng)風(fēng)在行星際空間的加熱和加速問(wèn)題的解決找到出路。

      有關(guān)太陽(yáng)風(fēng)形成機制的另一個(gè)基本問(wèn)題是太陽(yáng)風(fēng)的起源。觀(guān)測表明太陽(yáng)風(fēng)高速流是源于太陽(yáng)冕洞。由于對日面二維觀(guān)測不能給出太陽(yáng)風(fēng)起源的高度信息,早期的太陽(yáng)風(fēng)模型假設太陽(yáng)風(fēng)起始于日冕底部。在上世紀80年代中期后,考慮到日冕加熱和太陽(yáng)風(fēng)加速必須統一研究,人們把太陽(yáng)風(fēng)流管的內邊界推到色球層底部。上述關(guān)于太陽(yáng)風(fēng)內邊界的假設都沒(méi)有直接觀(guān)測證據。太陽(yáng)風(fēng)內邊界的不確定描述直接導致無(wú)法有效研究太陽(yáng)風(fēng)的起源。涂傳詒等(Science, vol. 308,2005)由太陽(yáng)遠紫外輻射的觀(guān)測數據和太陽(yáng)磁場(chǎng)數據發(fā)現了太陽(yáng)風(fēng)起源高度。確認太陽(yáng)風(fēng)高速流起源于光球之上五千公里至兩萬(wàn)公里的冕洞漏斗狀磁結構的區域(漏斗細徑源于光球)。該文指出以往通行的用一維流管研究太陽(yáng)風(fēng)起源的方法是不恰當的,并提出了全新的太陽(yáng)風(fēng)起源模型,即在太陽(yáng)風(fēng)源區沿徑向向外的流動(dòng)是由垂直徑向平面內的超米粒組織對流運動(dòng)驅動(dòng)的。

    三、對促進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展所起的作用及產(chǎn)生的影響

      該項對太陽(yáng)風(fēng)的形成機制的研究中獲得的重大成果已為國內外同行所公認,被廣泛引用和高度評價(jià)。有關(guān)文章被SCI引用1206次,其中綜合性文章(Space vol.73, No.1-2, pp.1-210,1995。又被KluwrAcademic Publishers以專(zhuān)著(zhù)形式出版。)已獲SCI引用210次。德國Marsch指出“這一理論(Tu,1988)在描述觀(guān)測到的質(zhì)子溫度徑向變化方面表現了出奇的成功”。該理論被國際學(xué)術(shù)界認同并稱(chēng)為“涂氏模型”;被認為是相關(guān)領(lǐng)域中的“重要進(jìn)展”;“把對阿爾芬起伏的線(xiàn)性描述和湍流描述耦合了起來(lái)”;“由一個(gè)統一的觀(guān)點(diǎn)來(lái)解釋阿爾芬脈動(dòng)功率譜的衰減和太陽(yáng)風(fēng)離子的加熱”。

      該項成果提出了新的思想,開(kāi)辟了新的研究道路,促進(jìn)了國際學(xué)術(shù)界對太陽(yáng)風(fēng)湍流傳輸理論、太陽(yáng)風(fēng)加熱加速問(wèn)題和太陽(yáng)風(fēng)起源與形成問(wèn)題的研究。該項成果已被用于計算太陽(yáng)風(fēng)中能量供應率,促進(jìn)了太陽(yáng)風(fēng)模型研究的發(fā)展。一些國際學(xué)術(shù)論文指出“涂和他的合作者開(kāi)辟了更加完整的處理湍流的道路”;“這一方法(涂模型)的成功是目前工作的一個(gè)動(dòng)力”;“已經(jīng)成為許多最近發(fā)表的對于研究行星際起伏本質(zhì)有啟發(fā)性的文章的基礎”。


    結合SOHO飛船上搭載的EIT、SUMER和MDI儀器觀(guān)測到的太陽(yáng)日冕譜線(xiàn)的輻射情況(左下),
    太陽(yáng)極區冕洞區域的開(kāi)放或閉合的磁場(chǎng)結構以及太陽(yáng)風(fēng)標識物的流動(dòng)分布(中上),
    太陽(yáng)極區冕洞區域的開(kāi)放的漏斗狀磁場(chǎng)結構(右下)。
    歐洲空間局(ESA)新聞網(wǎng)站就涂傳詒等在SCIENCE發(fā)表研究論文所配發(fā)的新聞圖片。