吴国雄

    中国科学院院士,中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学国家重点实验室主任    吴国雄(1943- ),1943年3月出生于广东省潮阳县(今潮阳市)。中共党员。1961年中学毕业后考入南京气象学院,学习天气和动力气象专业,1966年毕业。1967-1978年任甘肃省气象局天气预报工程师。1980-1983年到英国伦敦大学帝国理工学院物理系学习,获物理学哲学博士学位。随后,作为访问科学家在英国欧洲中期天气预报中心工作。1984年底回国后在中国科学院大气物理研究所工作,翌年晋升为研究员,1989-1991年在美国普林斯顿大学地球流体实验室任高级研究教授。1993年起任现职。    吴国雄作为中青年科学家,在天气和气候领域的研究中取得了系统性、创造性的成果。    一、 在国际上首创倾斜涡度发展(SVD)理论    旋转地球上无摩擦绝热大气位涡守恒,由Rossby在30年代发展起来的这一理论,成为天气、气候动力学的基本核心理论。但长期实践表明,不论是Rossby位涡,还是等熵位涡(IPV),其在中低纬度,尤其在大气中的应用有很大的局限性,且在等熵面上也不守恒。这个问题一直困扰着大气界。吴国雄经过长期研究攻克了这一难题,并创立了SVD理论。    在证得不仅包括传统的动力作用,而且包括新的作用的全型垂直涡度倾向方程的基础 上,第一次证得各热力因子对涡度发展的贡献具有总体性特征。并证明,在急剧发展的天气过程中,上述热力因子对垂直涡度发展的贡献要比传统上考虑的动力因子的贡献大一个量级。    证明Rossby位涡和IPV在等熵面上的上的守恒是由于等熵面倾斜分布所致。证明尽 管位涡水平分量是一个小项,但对垂直涡度的发展起着关键性的制约作用。由此,建立了"盒子定理","外切平面定理",并创立了完整的"倾斜涡度发展"(SVD)理论,证明当质块沿着倾斜的等熵面下滑且满足确定的条件时,其垂直涡度将发展。当等熵面很陡时,SVD可以变得非常剧烈,引起天气系统的猛烈发展。他指出,中纬度地区等熵面呈倾斜分布,因此是SVD的常发地区。在夏季,青藏高原边缘地区等熵面非常陡立,在那里SVD对其形成的贡献要比传统考虑的辐合项的贡献大一个量级。该工作的部分结果作为美国核心刊物《海洋和大气动力学》的特邀文章,被审稿者和主编认为是重要贡献。    二、 证明创新的原始方程中的无加速定理以及大气运动的动力强迫和热力强迫的调配率    国外已有的大气环流统计是根据分离时均和时变运动进行的。吴国雄系统地分析了不同空间尺度大气运动对全球大气角动量、热量和水汽的输送过程和收支的贡献,以及它们的空间分布及年变化。在此基础上,他揭示了平均经圈环流在大气角动量和热量收支,以及地表风维持中的重要作用。并首次证明大气的动力强迫和热力强迫的不可分性:两者满足一个由静力稳定性、惯性稳定性和斜压性共同确定的调配率。    国外关于无加速定理的研究采用准动机转框架,只考虑了波动的内强迫对平均流的作用。吴国雄首次发展的原始方程中的无加速定理,不仅考虑波动内强迫,还考虑平均经圈环流,以及地形之成为一个完整的体系。    此外,他还系统地分析不同波数域中的干湿空气的EP剖面及其变化特征,揭示水汽的输送和相变对波流相互作用的影响。揭示水平折射指数及垂直临界波数的时空变化,及定常波传播的运动学特征,系统地揭示了大气定常波运动的一般规律及其对大气环流的贡献。    基于上述理论还发展了一套诊断数值预报模式及大气环流模式的特征参量及系统误差的工具,已被业务和研究部门应用。    三、开展创新性气候动力研究,揭示中高纬和热带海气相互作用差异的机理及厄尔尼 诺影响台风频率的机制    他首次用GCM揭示海表温度异常(SSTA)通过大气环流异常影响台风生成频率及ENSO影响大样西北部台风生成的机制。上述论文在国外发表后得到广泛的应用。美国Broccoli和科学院院士Manabe,国际动力气象专家Emannual,德国马普气象研究所主任Bengtsson,以及澳大利亚、印度等国的科学家指出其结果与观测相符,称赞其"找到了联接ENSO影响台风发展的大气环流变化的条件"。《美国气象学会公报》发表题为《引导当代大西洋台风预报的历史性进展》的文章中,用突出、重复的黑标题体,高度评价这一成果为"新观念",并把这类新观念的出现划分为本世纪该领域具有主要科学贡献的第四个阶段。    利用旋转主分量(RPC)方法得到了全球冬夏季SSTA的空间分布型及时间演变特征。结合理论分析首次证明海-气相关在高纬和低纬的显著不同的机制。指出中高纬暖性SSTA上空850hpa为暖性反气旋环流异常是由于那里大气的强地转性和斜压性所致。基此,他系统地研究了冬季和夏季北太平洋和北大西洋地区的SSTA分布型及其和大气的相关,证明了上述中高纬海气相关特征是一种普遍现象,为利用SSTA进行气候预测提供了理论基础。    四、 系统研究大地形的动力和热力作用对天气气候的影响,首次证得区分地形不同作用的"临界地形高度",指出亚洲季风爆发应分为三个阶段     研究地形及热源对大气运动的非线性作用,首次从理论上证得了临界地形高度以判定 大气运动中爬坡和绕流的相对重要性。并证明,西南低涡的形成与青藏高原原东部爬坡与绕流的交绥有关。威尔士Exeter大气数学系主任Davies和伦敦大学帝国理工学院大气物理专业主任Green评价吴国雄的工作"使用新的数值过程方法,对长波理论作用了基本性的延伸","非常出色"。有关论文在美国核心杂志J.At-mos.Sci.和英国皇家气象学会季刊发表后在国际SCI刊物上被多次引用。]    证明在青藏高原作用下亚洲季风首先在中印半岛西岸发生。它所激发的次级环流的上升支位于中国南海,不久便有南海季风爆发。此后南亚槽脊系统西移,从而有印度季风爆发。这种把亚洲季风爆发划分为三个阶段在国内外是第一次。它把季风爆发机制直接与青藏高原的动力和热力作用紧密地衔接起来。    此外,他还通过数值模拟证明请杂感内高原早春积雪多(少)可导致华南早汛期降水偏多(少),亚洲季风推迟(提前)爆发的早期观测事实。研究大地形对冬季环流,遥相关及波传播的影响,把冬季流型,遥相关及波传播联系在一起。发现夏季青藏高原东、西部各存在一个上升运动中心和高湿中心等。对深入认识高原在冬、夏季及转换季节中对东亚及全球大气环流的影响作出了重要贡献。    五、 发展饱和湿空气动力学 我国学者对湿空气动力学的发展作出过重要贡献。吴国雄把其提出的倾斜涡度发展理 论应用到饱和湿空气中,进一步发展了湿空气动力学。在证得绝热无摩擦饱和空气湿位涡守恒的基础上,得到饱和湿空气中的SVD理论。它指出当质块沿湿等熵面下滑且满足确定的条件时,其垂直涡度将发展。在暖湿空气和干冷空气的交绥处,当湿等熵面很陡时,SVD会猛烈发展,导致暴雨发生。而且证明低空急流的加强发展是SVD的伴随现象。并通过对我国的强暴雨过程的分析加以证实。他还用该理论发展了一系列的诊断工具,如水平干位涡(PV2)图和水平湿位涡(MPV2)图,在暴雨诊断分析中获得成功,被气象业务部门用于台风、暴雨的分析研究中。    吴国雄在国内外发表论文著作93篇。其中第一作者71篇,专著1本,译著3本。1988年获人事部"中青年有突出贡献专家"称号,1992年获中国科学院科技进步奖一等奖。    吴国雄热爱祖国,放弃西方优越的生活条件回国参加"四化"建设。他一丝不苟,孜孜以求,学风正派,治学严谨。回国以来培养指导了一批优秀学生。共协助和单独培养博士生5名、硕士生7名。两次被评为中国科学院"优秀研究生导师"。他有很强的科研组织能力。现任国际气象和大气科学协会执行委员、中国国际气象和大气科学协会主席。担任过国际动力气象委员会委员及国内外学术期刊编辑,组织国际学术会议。参与多项国家科研项目的组织工作,及大气科学和地球流体力学国家重点实验室的建设和领导工作,成绩显著。1997年被选聘为中国科学院院士。    1998年被聘为北京潮人海外联谊会顾问。 
 

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科办
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北京潮讯
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