作者:吕建华 来源:中国科学报 发布时间:2017-10-13
选择字号:
夏天刚过,冬天就已到
——关于季节突变跨越半个世纪的历史回声

 

■吕建华

人们常常有这样的感受:夏天刚刚过去,冬天就已经来到,而春秋总是匆匆而过。这并不是我们感官的错觉,而是大气环流季节性突变的反映。

最早对大气环流季节突变的系统研究是由中国科学院大气所的叶笃正、陶诗言和李麦村三位先生做出的。由于太阳辐射的季节变化是缓变的,这种突变现象很难用线性的理论来解释。难能可贵的是,叶、陶、李三位先生当时就对其机理作出了正确的猜想,并提出了用于验证其猜想的实验(模式)研究。

出人意料的是,他们的猜想要在整整半个世纪以后,才由来自大洋彼岸的年轻理论家和他的助手证实,而后者并不知道三位先生半个世纪前的建议。

近日,笔者和美国加州理工学院教授Tapio Schneider为《大气科学进展》纪念叶笃正先生百年诞辰专刊合作撰写了综述《大气环流季节突变——演化中的视角》,讲述了这一大气环流季节突变的相似理论观点在跨越了半个世纪后的对话。而这历史的回声,充分说明了叶笃正先生对这一大气环流重要现象的理论认识领先于他所处的时代整整几十年。

1957年7月,为庆祝现代气象学和海洋学的开拓者罗斯贝即将到来的六十寿辰,他的同事和朋友们邀请了当时国际上最负盛名的气象学家和海洋学家,准备出版专集以回顾罗斯贝的科学贡献;但一个月后罗斯贝的骤然离世让这本专集变成了永久的罗斯贝纪念专集,这就是于1959年出版的《运动中的大气和海洋》一书。

在这本书里,来自中国科学院的叶笃正、陶诗言和李麦村首次向世界的同行们介绍了他们关于大气环流季节突变的最新成果。这篇文章作为叶笃正的经典之一,在中国广为人知。

由于其理论上的挑战性,大气环流的季节突变在以后数十年里一直吸引一流的理论家,比如中科院大气物理研究所研究员曾庆存和吴国雄都曾就此发表过论文。

尽管如此,我们很难说对相关的机理已经了解得比较清楚。这是因为有很多的因素都可能对大气环流的季节突变产生影响,而单纯的观测或非理想化的数值实验很难对这些因素的作用作出明确的分离。

直到2008年,Nature Geoscience杂志发表了来自美国加州理工学院的博士后Simona Bordoni及其合作导师Tapio Schneider的论文Monsoons as eddy-mediated regime transitions of the tropical overturning circulation。

该文首次提出了在理想化的没有下垫面非均匀性(比如海陆差异或者大地形的存在)条件下,只要改变下垫面的热惯性就足以产生季风及其季节突变现象。在此基础上,他们指出季节突变现象本身并不依赖于上述下垫面的非均一性,而主要是由于环流内部的反馈,尤其是来自中纬度的大尺度涡旋和平均的纬向环流,以及热带的经圈翻转环流之间的相互作用和反馈导致的。这一研究的意义在于通过采用理想化的纬向均匀的模式大气和海洋设置,有效地隔离出了对造成季风和大气环流季节突变的本质性因素和非本质的调节性因素,从而为对这些现象的进一步认识开辟了道路。

有意思的是,Bordoni和Schneider并没有意识到中国三位科学家的文章的存在,所以也就没有可能认识到他们所采用的模式实验方法几乎完全和叶笃正、陶诗言和李麦村文中为机理研究所提议的实验一样,这其中包括均一的下垫面条件。而且他们在对可能机理的猜测中,指出在太阳辐射强迫的季节缓变性条件下大气环流季节突变的广泛存在,说明很可能是由于某种环流内部的“不稳定机制”导致了季节突变的发生。显然这种环流型的“不稳定性”和Bordoni和Schneider所说的环流的(正)反馈也是相符合的,虽然叶笃正等先生的工作由于时代条件限制还只是一个猜想,而五十年后的数值实验已经可以为理论提供定量的分析基础。

前两年,在一次小型学术会议上,笔者遂向Tapio Schneider介绍了叶笃正等先生1959年的工作,并把文章扫描给了他。遗憾的是,当时叶笃正已经住院多时并于四个月后离世。

这无意间产生的跨越了半个世纪的对话和历史的回声,何尝不是世间的“最美和声”?而其余音,指向迄今阙如的大气环流的统一理论。谁又能担保叶笃正先生等(1959)和Bordoni、Schneider(2008)的观点不会在以后的日子里,产生更大的历史的回声呢?

(http://blog.sciencenet.cn/u/jlusysu)

《中国科学报》 (2017-10-13 第2版 博客)
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点。 

目前已有0条评论
相关新闻 相关论文

图片新闻
大熊猫“八喜”“映雪”将同时放归大自然 鼠海豚聚焦声纳束颠覆物理定律
冲浪高手和科学家打造完美波浪 巴西干旱沙漠怎么冒出万千湖泊
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文
 
论坛推荐