地球
葉篤正 教授
地球科學獎
1995年
葉篤正? 大氣物理學家。1916 年2月21日出生，安徽安慶人。1940 年清華大學畢業。1943 年獲浙江大學碩士學位。 1948 年獲美國芝加哥大學博士學位。1980 年當選為中國科學院院士(學部委員)。芬蘭科學院外籍院士?，F任中國科學院特邀顧問、大氣物理研究所名譽所長、研究員。曾任中國科學院副院長、大氣物理研究所所長等。
葉篤正是中國近代大氣科學的開創者之一，國際上杰出的氣象學家之一。他在國際上首先提出了大氣長波的頻散理論和準地轉適應理論中的適應臨界空間尺度，是經典大氣動力學中最重要理論之一；他系統而創造性地研究東亞大氣環流變化，在國際上首先發現大氣環流季節轉換的突變性；他在國際上開創了青藏高原氣象學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流的熱力作用。他的上述研究成果曾獲國家自然科學獎一、二、三等獎及中國科學院科技成果獎多次。他為國際大氣科學、全球變化研究的發展和開辟現代中國氣象學的研究作出了重要貢獻。
一、對大氣動力學的重要貢獻
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葉篤正在大氣動力學方面作了大量的深入研究，發表了多篇論文。1949年首次把群速概念引入大氣環流研究，證明西風帶環流能量可以遠異于風速或波速向下游(或上游)頻散，從而證明在某處發生強大擾動之后，在其下游一定距離處也將發生擾動。這一理論對于天氣有重要影響的長波的發生發展預報提供了重要理論基礎，被廣泛用于實際天氣預報。對于中國天氣有重要影響、阻塞高壓時有逆著氣流方向后退的現象，能量頻散理論對此也可以解釋，因為對超長波 ( 阻塞高壓屬此)，能量可以逆風向上游頻散。此文已成為動力氣象經典著作之一，經常被國內外學者引用。
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50年代和60年代，他發展了大氣運動適應理論。在旋轉的地球上大型環流(數千公里的尺度)的風場的科氏力和氣壓場梯度力經常是準平衡的，由此而來的風速稱為地轉風，它是天氣學和動力學一個最基本規律。當地轉風破壞時，則將有重要環流演變，隨之迅速建立新的準地轉關系。40年前，人們認為氣壓場先有變化，風場去適應氣壓場，而再生準地轉關系。40 年代氣象大師 Rossby 等從理論上證明，是風場引導著氣壓場去適應風場變化。1957 年葉篤正證明了對尺度空間大的大型運動，仍以氣壓場為主導；對尺度空間較小的大型運動，則以風場為主導。這就對大型準地轉運動提出了尺度概念。后來曾慶存證明這個空間尺度是以 Rossby 變形半徑為度量的。這對研究和預報大型運動應首先抓什么有重要關系。60 年代初，他又同李麥村得出不僅大型運動中氣壓場和風場間有準平衡關系，對中小尺度(數十公里到數百公里)運動，風場和氣壓場也有一準平衡關系，是非線性的，不是地轉的。數年后，國外也出現了不少這方面非線性的研究。這對研究和預報產生嚴重天氣的中小天氣系統有重要關系。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個不同時間尺度階段。當運動中力的準平衡遭到破壞，即發生急烈變化，恢復新的準平衡時間非常短( 第一時間尺度)，然后在力的準平衡狀態下，變化雖較緩，但這段時間較前者約長一個量級(第二時間尺度)，因而系統的大發展發生在第二階段。此后天氣系統進入準常定狀態，即第三個時間尺度，又比第二個長許多。他們還給出，對每一種空間尺度的系統都有一個特征空間尺度( R)，當系統的尺度大(小) 于R 時氣壓場(風場)起主導作用。這個理論大大發展了這個領域。
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二、開拓了青藏高原氣象學
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青藏高原對北半球天氣、氣候和環境有重要作用。但50年代前人們很少研究它。葉篤正自 50年代開拓了青藏高原氣象學，其成果對東亞的天氣、氣候以及全球環流和氣候預報都有重大作用。葉篤正發現高原夏季為熱源，冬季為冷源，并深入研究此熱源對東亞以及北半球環流和氣候的影響。他和他的學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，這就使高原的環流和北美甚至南半球有了遙遠的聯系；他們還發現在夏季高原熱源產生對流活動(小系統)對維持高原及其附近高空大型環流的穩定起主要作用，這是首次在國際上用實際資料得出非常小的系統對非常大的系統所起的非線性作用，等等。從此，國際上都接受高原熱力作用這個概念，而此前僅認為高原作為對氣流的屏障，只有動力作用。在高原動力作用方面，他首先發現高原南側的強大西風急流，并指出對中國天氣有重大影響。還指出這個南支急流與高原北支急流匯合成為北半球最強大的西風急流，對北半球大氣環流有非常重大影響。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。他和他的學生還開展了用轉盤實驗模擬高原熱力作用和動力作用對大氣環流的影響，他的研究顯示了高原對全球大氣環流和氣候影響的重要地位。
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三、極受推崇的大氣環流研究
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50年代前，人們對東亞大氣環流狀態基本是不清楚的。50年代及60年代,他和陶詩言等基本上弄清了東亞冬季和夏季大氣環流基本狀態、結構和動力、熱力性質，對東亞天氣預報起了指導性作用。50年代初，他和陶詩言等還發現東亞和北美由冬季到夏季環流或反之都不是逐漸演變的，而是在過渡季節(春、秋)有急驟的突然變化。這個環流突變引出了重要理論問題。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了江南的梅雨，第二次變化帶來了北方的雨季。這個突變概念一直用于梅雨的來去和華北雨季來臨的預報。此項研究引起了國內外一系列的研究。70年代后期，澳大利亞在季風研究中也發現了這個突然變化。他和他的學生還研究了青藏高原對季節突變所起的作用。70年代美國氣象學者以及中國學者曾慶存等都用大氣環流數值模擬得出這個突變。他和陶詩言等的工作推動了中國大氣環流的研究。
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四、開拓了中國全球變化研究
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80年代中期，國際上興起迄今為止地球科學方面最大又非常復雜的國際全球變化研究計劃。從一開始他就積極參與并在其中發揮重要作用，因而被選為第一屆該國際規劃的科學委員會委員。他提出氣候和植被過渡帶是氣候和環境變化最敏感地區，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系。他還首先在中國研究陸面過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程對氣候和環境影響長達2-4月之久。他領導的中國全球變化預研究提出了中國在這方面的若干關鍵性的課題。在他領導下，中國全球變化研究有迅速發展，受到國際上的重視。
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葉篤正教授的主要學術論文、著作目錄
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一、大氣動力學方面
- 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 )
- 中小尺度運動中風場和氣壓場的適應 .氣象學報 ,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)
- 大氣中的適應問題 .科學出版社 ,1965.( 合作者 : 李麥村 )
- 動力氣象學 .科學出版社 ,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結構和對流層大氣的熱量平衡 .氣象學報 ,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對平均環流維持的作用 .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流(一)夏季,大氣科學 .1979.
- 青藏高原氣象學, 科學出版社 ,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)
- 從大氣環流變化論東亞過渡季節的來臨 .氣象學報 ,1955,6:71- 87.( 合作者: 朱抱真 )
- 大氣環流的若干基本問題.科學出版社 ,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 , 科學出版社 ,1962.( 合作者 : 陶詩言 , 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)