■ William Blumen, Warren M. Washington

■ 翻譯：馬玲 趙宇烽（特約，外事服務(wù)中心）

■ 譯校：賈寧（特約，外事服務(wù)中心）

■ 編輯（信息補(bǔ)充與加工）：張萌

【編者語】

美國學(xué)者于1973年撰文對(duì)1949—1966年中國氣象工作者開展的大氣動(dòng)力學(xué)和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)研究方向和成就進(jìn)行了詳細(xì)闡述。主要包括積云和湍流邊界層動(dòng)力學(xué)，以及中尺度、天氣尺度和行星尺度運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)。特別是與業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)模式的發(fā)展有關(guān)的方向（圖1）。

圖1 文章首頁

1 引言

本次調(diào)查旨在對(duì)中華人民共和國成立至1966年中在大氣動(dòng)力學(xué)和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)這一比較廣泛領(lǐng)域所開展的研究活動(dòng)進(jìn)行深入了解。當(dāng)時(shí)，中國科學(xué)期刊的海外發(fā)行已經(jīng)停止。在這段的時(shí)間里，期刊出版暫停到什么程度，以及在多大程度上進(jìn)行了積極的科學(xué)研究，至今仍不清楚（如可參考Wu和Sheeks（1970））；據(jù)我們所知，也沒有任何跡象表明科學(xué)期刊的發(fā)行將在不久的將來恢復(fù)。然而，我們認(rèn)為，審視過去的成就，特別是1959—1966年的成就，大有裨益。后一個(gè)時(shí)代的特點(diǎn)是大氣動(dòng)力學(xué)研究活躍，成果豐碩，與前十年氣象部門和教育機(jī)構(gòu)的調(diào)整和發(fā)展時(shí)期形成鮮明對(duì)比（如可參考謝光道等（1959））。然而，人們注意到在這一早期階段，在大氣環(huán)流研究的許多方面開展了大量工作，特別關(guān)注了東亞上空環(huán)流的特點(diǎn)（如可參考Staff Members（1957；1958a，b））。

最近對(duì)科學(xué)設(shè)施的概述是由C.H.G.Oldham（1965，1967）所作的，他是一位會(huì)講中文的地球物理學(xué)家，在1964年和1965年訪問中國期間參觀了教育和研究機(jī)構(gòu)。他對(duì)中國科學(xué)院的主要研究所，即地球物理和氣象研究所進(jìn)行的氣象研究范圍作的敘述包括以下問題領(lǐng)域：1) 環(huán)流型的理論研究；2) 數(shù)值天氣預(yù)報(bào)；3) 平流層和對(duì)流層的季節(jié)性變化；4) 太陽活動(dòng)對(duì)大氣的影響；5) 人工增雨的理論與實(shí)踐工作；6) 大氣電學(xué)和雷達(dá)氣象學(xué)。

該研究所發(fā)表的出版物的數(shù)量和質(zhì)量充分證明了Oldham提供的這些調(diào)查結(jié)果。特別是，已發(fā)表的文獻(xiàn)表明，重點(diǎn)是了解積云動(dòng)態(tài)中的非線性反饋機(jī)制，以及影響天氣尺度和行星尺度波的適應(yīng)性和演變過程。邊界層動(dòng)力學(xué)的研究已經(jīng)非常成熟，同時(shí)也在努力改進(jìn)數(shù)值模式。然而，其中一些發(fā)展受到計(jì)算機(jī)能力的影響。值得注意的是，氣象學(xué)家竺可楨教授曾任中國科學(xué)院副院長，該研究院是負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)中國教育和研究組織的機(jī)構(gòu)。澳大利亞物理學(xué)家M.Oliphant（1966）曾報(bào)告過竺可楨教授對(duì)澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織開展的人工增雨活動(dòng)感興趣。在最后一次報(bào)告（Suttmeier，1970）中，竺教授仍在他擔(dān)任了近20年的重要職位上工作。

已故的羅斯貝教授在

Tellus

（1951，圖2）中預(yù)測氣象學(xué)會(huì)蓬勃發(fā)展，并預(yù)測中國會(huì)做出重大貢獻(xiàn)。在一定程度上，羅斯貝對(duì)這些發(fā)展的影響是顯而易見的：他與芝加哥大學(xué)和斯德哥爾摩大學(xué)的關(guān)系為他提供了與一些氣象學(xué)家的個(gè)人聯(lián)系，而這些氣象學(xué)家后來在科學(xué)上大力領(lǐng)導(dǎo)和指導(dǎo)了大氣科學(xué)的發(fā)展，特別是在將動(dòng)力學(xué)應(yīng)用于大氣環(huán)流現(xiàn)象方面（見附件）。羅斯貝對(duì)中國氣象學(xué)發(fā)展的興趣，也可以從他將一篇關(guān)于阻塞波動(dòng)力學(xué)的文章（英文）發(fā)表在《中國地球物理學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》（Rossby，1950）上看出，羅斯貝之所以關(guān)心中國，是因?yàn)樗P(guān)心氣象研究方面的國際合作，同時(shí)關(guān)心為各國團(tuán)體之間構(gòu)建信息自由流動(dòng)的機(jī)制。

圖2 羅斯貝發(fā)表在Tellus的文章節(jié)選

隨著與西方聯(lián)系的減少，在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、邊界層動(dòng)力學(xué)和云物理方面的研究反映了蘇聯(lián)和中國科學(xué)院之間日益廣泛的科學(xué)合作，例如，Chao（1959）；Petrushevski（1959）。例如，1958年，蘇聯(lián)氣象學(xué)家E. M. Dobrischman協(xié)助（北京）中央氣象局啟動(dòng)了中長期數(shù)值預(yù)報(bào)。在此期間，中國學(xué)生在蘇聯(lián)的研究所接受了氣象學(xué)的研究生培訓(xùn)。這些學(xué)生后來發(fā)表的有關(guān)云物理學(xué)和大氣動(dòng)力學(xué)方面的研究質(zhì)量似乎都達(dá)到了很高的水準(zhǔn)。雖然氣象教育和研究的一些模式是仿照蘇聯(lián)的模式進(jìn)行的，但已發(fā)表的科學(xué)文獻(xiàn)提供了有力的證據(jù)，說明中國氣象學(xué)家甚至在發(fā)展的早期階段就可經(jīng)常背離既定的準(zhǔn)則。然而，牛津大學(xué)物理學(xué)家K.Mendelssohn（1967年）最后一次訪問中國是在1966年底，他報(bào)告說，中國科學(xué)家充分肯定了多年前就離華的蘇聯(lián)專家提供的幫助。

根據(jù)多年積累的證據(jù)，氣象學(xué)領(lǐng)域似乎在1966年之前已經(jīng)成為一項(xiàng)成熟的、不斷發(fā)展的科學(xué)活動(dòng)。同樣明顯的是，如果這幾年的研究活動(dòng)能跟上早先的既定趨勢(shì)，那么在許多領(lǐng)域的貢獻(xiàn)是可以預(yù)期的，甚至是可以期待的。

除了直接的研究成就外，Rigby（1961）對(duì)中國氣象學(xué)、水文學(xué)和海洋學(xué)的調(diào)查成為關(guān)于主要教育機(jī)構(gòu)、研究中心、氣象部門、現(xiàn)有期刊（至1960年）的最佳單一信息來源，還附有一份關(guān)于1949—1960年發(fā)表的出版物的長長書目。Wu和Sheeks（1970）討論了中國科學(xué)歷史背景的某些方面，包括直到1965年氣象學(xué)在科學(xué)組織結(jié)構(gòu)和科學(xué)發(fā)展中的作用。另一個(gè)重要的歷史和科學(xué)資料來源是中國科學(xué)院（1954）用英文出版的氣象文集，收錄了以前出現(xiàn)在各種刊物上的氣象文章，包括（美國氣象學(xué)會(huì)的）《氣象學(xué)報(bào)》。

本調(diào)查完全以文章和摘要的英文譯文為基礎(chǔ)，包括一些原來發(fā)表在俄文期刊上的文章和摘要。然而，由于現(xiàn)有譯文的質(zhì)量不統(tǒng)一，加上我們無法獲得所有已發(fā)表的文獻(xiàn)，可能會(huì)出現(xiàn)無意中的內(nèi)容失真。本文引用的許多文章發(fā)表在季刊（中國的）《氣象學(xué)報(bào)》（英文版）上。該刊于1930年，即中國氣象學(xué)會(huì)成立6年后開始出版，一直持續(xù)到1966年，期間未間斷。該刊文章的科學(xué)性較高，范圍較廣，從旱澇災(zāi)害、農(nóng)業(yè)氣象、日地關(guān)系的研究到各種環(huán)流和預(yù)報(bào)研究，都有涉及。伊曼紐爾學(xué)院研究語言中心（1967）為這些文章編寫了一份寶貴的參考資料。其他相關(guān)文章，以及一些最初發(fā)表在（中國的）《氣象學(xué)報(bào)》（英文版）上的文章，也出現(xiàn)在北京出版的英文期刊《中國科學(xué)》和《科學(xué)記錄》上。有關(guān)原始資料的其他信息和譯文的購買信息，請(qǐng)參見第4節(jié)。

2 大氣動(dòng)力學(xué)

徐爾灝（1959）回顧了1949—1959年中華人民共和國大氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展情況。在引用的30篇參考文獻(xiàn)中，只有約20篇直接與大氣動(dòng)力學(xué)的分析有關(guān)。對(duì)三個(gè)主要領(lǐng)域進(jìn)行了闡述：（1）環(huán)流系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)，包括能量的產(chǎn)生和傳遞、流體動(dòng)力不穩(wěn)定性以及大尺度地形特征和地表加熱所產(chǎn)生的影響；（2）湍流邊界層動(dòng)力學(xué)；（3）動(dòng)力模式的分析，在開發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。這十年間開展的許多工作是開發(fā)性和探索性的，無需詳細(xì)討論。例如，第（3）項(xiàng)下的所有出版物都是對(duì)Kibel在開發(fā)蘇聯(lián)使用的短期預(yù)報(bào)模式方面工作的批判性審查。然而，本節(jié)將討論早期對(duì)大尺度和邊界層動(dòng)力學(xué)的研究與后來這些領(lǐng)域的發(fā)展之間的關(guān)系。

盡管人們經(jīng)常注意到，開展理論研究的目的是為了應(yīng)用于國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但20世紀(jì)60年代初的研究活動(dòng)范圍與所有具有活躍研究中心的國家所開展的類似活動(dòng)相比，還是比較難以區(qū)分的。下文概述了所開展的主要課題：a.積云動(dòng)力學(xué)，包括微物理過程；b.中尺度動(dòng)力學(xué)：1)山地效應(yīng)，2)邊界層湍流，3)臺(tái)風(fēng)；c.地轉(zhuǎn)適應(yīng)；d.天氣尺度和行星尺度的動(dòng)力學(xué)。

數(shù)值模擬將在第3節(jié)中單獨(dú)討論。這里將不對(duì)大氣環(huán)流研究的廣泛方面進(jìn)行討論，盡管這項(xiàng)工作肯定值得認(rèn)真研究。目前的目的是追蹤理論動(dòng)力學(xué)的發(fā)展路徑，因?yàn)樗轻槍?duì)環(huán)流研究提出的基本問題以及通常與業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)模式相關(guān)的更多實(shí)際問題而發(fā)展起來的。

a. 積云動(dòng)力學(xué)

巢紀(jì)平和周曉平（1964）編寫了一本關(guān)于積云動(dòng)力學(xué)的綜合專著，是現(xiàn)代氣象學(xué)問題系列專著的一部分。從歷史上看，這項(xiàng)工作在Squires（1962）對(duì)前十年云動(dòng)力學(xué)的回顧與Ogura（1972）最近的工作之間架起了一座橋梁，后者強(qiáng)調(diào)了從20世紀(jì)60年代中期到現(xiàn)在的研究成果。

這本專著結(jié)構(gòu)合理，以世界范圍內(nèi)該領(lǐng)域的研究進(jìn)展為背景介紹了中國開展的活動(dòng)。全書共引用了82篇參考文獻(xiàn)，其中中國科學(xué)家的文獻(xiàn)為14篇（占總數(shù)的17%）。此外，還發(fā)現(xiàn)另外5篇研究論文以及巢紀(jì)平（1963）的一份簡短進(jìn)展報(bào)告，但該專著沒有引用。

似開展了大量針對(duì)云中微觀物理和電氣化過程的研究，例如，顧震潮等（1963）。然而，除了在考慮微觀結(jié)構(gòu)和宏觀云動(dòng)力學(xué)之間的相互作用之外，這里將不討論這項(xiàng)工作的細(xì)節(jié)。

該專著分為五大專題：積云的觀測特征、積云動(dòng)力學(xué)基本方程、物理特征和特征參數(shù)、大氣熱對(duì)流、積云的發(fā)展和結(jié)構(gòu)。中國氣象工作者在所有這些研究領(lǐng)域都做出了貢獻(xiàn)。

觀測。陳瑞榮（1963）用攝影和探空測量的方法，在華南地區(qū)上空觀測到了厚度從幾百米到幾千米的積云細(xì)胞的發(fā)展情況。文中介紹了與積云相關(guān)的細(xì)胞或氣泡的快速發(fā)展和消散（5～20 min）的觀測結(jié)果以及對(duì)環(huán)境溫度和濕度分布的測量結(jié)果。黃美媛（1963）使用機(jī)載采樣器測定了在蘇聯(lián)觀測到的積云的液滴光譜和含水量；他的觀測結(jié)果表明，有4～5個(gè)含水量最大的中心，顯然與構(gòu)成云的單個(gè)細(xì)胞有關(guān)。然而，在云上部發(fā)現(xiàn)的數(shù)量最大，這與Ackerman（1959）的觀點(diǎn)一致，而他例如研究了同等深度的信風(fēng)積云。

方程。眾所周知，從流體力學(xué)方程中過濾聲波的原因是為了消除物理上不重要的運(yùn)動(dòng)，并能夠增加大氣對(duì)流數(shù)值模式的時(shí)間步長，這為巢紀(jì)平（1962e）開發(fā)一組非彈性方程提供了背景。他對(duì)這個(gè)問題的處理方法以及他所獲得的結(jié)果與Ogura和Charney（1962）以及Ogura和Phillips（1962）所使用的方法是相似的，所獲得的結(jié)果是相同的。

顧震潮（1964）檢查了對(duì)大氣自由對(duì)流的相似性分析，但這項(xiàng)工作的細(xì)節(jié)不詳。

影響發(fā)展的物理特征。在云層與其環(huán)境之間的相互作用所帶來的各種影響中，盛行的垂直風(fēng)切變和環(huán)境分層的影響最受關(guān)注。巢紀(jì)平（1962a，b，d）以及巢紀(jì)平和陳歷舒（1966）的理論研究是關(guān)于這兩個(gè)特征的相互影響。雖然嘗試了各種簡化的數(shù)學(xué)方法，但主要結(jié)果基本上是對(duì)Miles-Howard定理的解讀：較大的風(fēng)切變和較低的靜態(tài)穩(wěn)定性為不穩(wěn)定的發(fā)生提供了有利條件。

巢紀(jì)平（1962d）和周曉平（1963）也曾試圖評(píng)估不斷增長的干擾對(duì)環(huán)境的非線性影響。他們的基本方法包括評(píng)估

其中：

T

表示溫度，

w

為垂直

z

方向的速度，

t

為時(shí)間，素?cái)?shù)表示與水平平均值的偏差，用條形圖表示。正如預(yù)期的那樣，為了更容易地解決問題，對(duì)問題進(jìn)行了較大程度的簡化。然而，人們認(rèn)識(shí)到這種方法的固有局限性。然而，正如巢紀(jì)平和周曉平（1964）所述，開展這種初步研究的動(dòng)機(jī)與當(dāng)時(shí)關(guān)于不同尺度系統(tǒng)之間相互作用這一課題的主流思想是一致的：“雖然積云的發(fā)展受到中小尺度系統(tǒng)的影響，但它也可能反過來對(duì)廣大地區(qū)的環(huán)境產(chǎn)生干擾影響，從而對(duì)這些系統(tǒng)的活動(dòng)形成制約。”

熱對(duì)流。巢紀(jì)平（1962c）和周曉平（1962，1964）展示了數(shù)值模式，用來說明潮濕大氣中軸對(duì)稱對(duì)流單體的發(fā)展。在前一種情況下，在底部邊界規(guī)定了隨時(shí)間變化的加熱，而在后一種研究中，通過將初始擾動(dòng)引入位于下邊界上方的靜態(tài)不穩(wěn)定的濕潤層來啟動(dòng)對(duì)流。這些研究與Malkus和Witt（1959）和Ogura（1962）的研究之間的比較后來出現(xiàn)在上述專著中。

另一方面，胡廣興（1962）采用軸對(duì)稱模式研究了一個(gè)發(fā)展良好的要素的耗散情況，該要素可快速過渡到分布廣泛的下降氣流，其當(dāng)表面加熱停止時(shí)就會(huì)出現(xiàn)下降氣流。

積云動(dòng)力學(xué)。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)中可以清楚地看出，盡管所采用的模式相對(duì)不成熟，但研究的方向是認(rèn)識(shí)積云的微觀物理學(xué)和宏觀動(dòng)力學(xué)之間的相互反饋效應(yīng)。然而，這一缺點(diǎn)是普遍存在的，因?yàn)閷?duì)這一難題的協(xié)同攻關(guān)幾乎還沒有開始。

顧震潮和胡廣興（1962）的線性理論分析表明，“凝結(jié)反饋對(duì)云團(tuán)的垂直發(fā)展有很強(qiáng)的控制作用。”顧震潮（1962）再次強(qiáng)調(diào)了微觀物理學(xué)和云動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系。然而，細(xì)節(jié)不詳。陳瑞榮（1963）擴(kuò)展了Priestly（1953）的模式，該模式在簡單的氣塊理論中考慮了熱量和動(dòng)量的混合，加入了環(huán)境空氣夾帶引起的蒸發(fā)影響和水滴產(chǎn)生的阻力。這種簡單的線性理論的結(jié)果對(duì)夾帶參數(shù)化和初始條件相當(dāng)敏感。在這種情況下，作者的結(jié)論是，目前的方法不足以處理當(dāng)前的基本問題。

李興生等（1964）和周曉平等（1964）提出了積云發(fā)展的數(shù)值模式，包括釋放潛熱但不包括蒸發(fā)。此外，還利用非線性模式對(duì)水滴的阻力效應(yīng)進(jìn)行了補(bǔ)充研究（陳瑞榮，1962；巢紀(jì)平和胡廣興，1963）。最后，陳瑞榮（1964）研究了降水對(duì)云層運(yùn)動(dòng)的影響。

由于這些研究以及其他方面的研究，巢紀(jì)平和周曉平認(rèn)為現(xiàn)有的積云發(fā)展分析不夠全面，無法處理云的生命周期的所有方面。后來沒有出版關(guān)于積云動(dòng)力學(xué)的出版物（1965—1966年）。然而，在后一階段，繼續(xù)出版了一些涉及對(duì)流云實(shí)地觀測結(jié)果以及電化過程和云微觀物理學(xué)研究進(jìn)展的出版物。

b 中尺度動(dòng)力學(xué)

對(duì)中尺度現(xiàn)象的研究似乎是探索性的，并非是以即時(shí)需求為牽引，這與在積云模擬方面和在大尺度動(dòng)力學(xué)的某些方面所制定的相對(duì)有條理的研究路線形成了鮮明的對(duì)比。原因似乎有兩個(gè)方面。最有資格的動(dòng)力學(xué)家們開展的工作非常分散，幾乎沒有時(shí)間研究與中尺度動(dòng)力學(xué)有關(guān)的難題。此外，目前關(guān)于重力波、鋒面動(dòng)力和晴空湍流對(duì)動(dòng)量和能量通量作用的思考，與大氣環(huán)流動(dòng)力的關(guān)系，在10～12年前還沒有很好的闡述。

然而，已經(jīng)開展了一些關(guān)于山地背風(fēng)坡運(yùn)動(dòng)、大氣邊界層和臺(tái)風(fēng)形成方面的工作。此外，在第2a節(jié)中討論的巢紀(jì)平所作的關(guān)于分層切變流中擾動(dòng)的發(fā)展研究，適用于穩(wěn)定和不穩(wěn)定的溫度分層。文獻(xiàn)中還出現(xiàn)了一些單獨(dú)研究低層切變線形成（紀(jì)立人，1965）和鋒面降水（仇永炎，1960）的工作、對(duì)晴空湍流的觀測（嚴(yán)開偉等，1965）和對(duì)中尺度系統(tǒng)的天氣學(xué)分析等。最后，曾慶存（1963）為研究中尺度系統(tǒng)，開展了尺度分析并開發(fā)了一套有限差分方程，這可能表明這些現(xiàn)象最終將引起更多的關(guān)注，就像過去幾年在其他領(lǐng)域的情況那樣。

1）山地效應(yīng)。只有兩篇論文涉及小尺度地形氣流。第一篇是葉篤正（1956）對(duì)背風(fēng)波理論的回顧，重點(diǎn)是圍繞著上邊界條件的選擇而產(chǎn)生的爭議，這個(gè)問題在該文寫作期間在英文文獻(xiàn)中算是熱點(diǎn)。摘要表明沒有開展任何新的工作，也沒有表明該文將對(duì)Alaka（1960）編輯的WMO專著或Crapper（1959）關(guān)于適當(dāng)上邊界條件的確定性研究作出實(shí)質(zhì)性補(bǔ)充。

第二篇論文是巢紀(jì)平等（1966）的研究，涉及山地背風(fēng)坡壓力突變的形成，這篇論文是這一研究領(lǐng)域比較著名的參考文獻(xiàn)。雖然在《中國氣象學(xué)報(bào)》（英文版）上發(fā)表的其他論文在英文文獻(xiàn)中很少被引用，但這篇論文用英文找得到無疑是有幫助的。作者首先研究了非線性、一維穩(wěn)態(tài)問題，Schweitzer（1953）和Long（1954）以前研究過這一問題，最近Long（1972）也對(duì)這一問題進(jìn)行了再研。然后，針對(duì)幾個(gè)不同的初始條件，用特征法擴(kuò)展對(duì)非穩(wěn)態(tài)問題進(jìn)行了研究。因此，他們的結(jié)果不如Houghton和Kasahara（1968）后來進(jìn)行的數(shù)值計(jì)算那么廣泛，這是可以理解的。

2）邊界層湍流。研究了1956—1963年有關(guān)低層大氣湍流的少量（11篇）從中文翻譯的論文和摘要，我們發(fā)現(xiàn)，與這一時(shí)期的西方文獻(xiàn)一樣，研究最多的是表層，即最低10～50 m。

蘇從先（1958）發(fā)現(xiàn)，Monin和Obukhov（1954）提出的無量綱平均風(fēng)切變和

z

/

L

之間的線性關(guān)系（其中

z

是高度，

L

是以他們命名的長度）不適用于明顯的不穩(wěn)定分層。中國以外的其他國家（如Panofsky等，1960）也很快得出了同樣的結(jié)論。僅僅一年后，蘇從先（1959）就提出了風(fēng)廓線方程，該方程被后來稱為KEYPS公式（Panofsky,1963）。雖然這個(gè)縮寫中的S并不代表“蘇”，但也可以認(rèn)為是代表“蘇”!這項(xiàng)工作和Liu（1960）的一篇理論與應(yīng)用相結(jié)合的論文都使用了湍流能量方程，該方程幾乎一直是后來所有理論的重要組成部分。在后一篇論文中，Liu呈現(xiàn)了一些圖形，從中可以很容易地從速度和溫度梯度的測量中獲得摩擦速度、熱通量和

L

值。

蘇從先（1963）進(jìn)一步探討了（KEYPS）風(fēng)廓線公式，獨(dú)立地找到了與Panofsky等（1960）在向上定向熱通量研究中所建議的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)（18）相同的值；對(duì)于穩(wěn)定的分層，蘇從先建議使用較小的常數(shù)。目前的理論對(duì)這個(gè)問題的處理是類似的，對(duì)正熱通量和負(fù)熱通量的情況有兩種不同的公式（例如，Businger等，1970）。相反，濮培民（1964）假定無量綱梯度對(duì)Richardson數(shù)有平穩(wěn)和連續(xù)的依賴性。即使在今天，這個(gè)問題似乎也沒有得到解決，但現(xiàn)在的趨勢(shì)似乎是忽略理論上的差異，因?yàn)榕c缺乏水平均勻性或儀器不準(zhǔn)確所造成的不確定性相比，這些差異很小。

只有一篇論文（羅秀卿，1963）是關(guān)于點(diǎn)源下風(fēng)向的湍流擴(kuò)散問題的，但值得注意的是，它強(qiáng)調(diào)應(yīng)包括落塵和表面吸收的影響。

關(guān)于整個(gè)行星邊界層，20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的幾篇論文使用了與高度有關(guān)的渦度系數(shù)，并加以明確說明。這種方法與當(dāng)時(shí)強(qiáng)調(diào)特定情況下渦動(dòng)系數(shù)的絕對(duì)值是一致的（例如，Lettau，1950；Staley，1956）。事實(shí)上，趙柏林（1956）從理論上研究了非穩(wěn)態(tài)性對(duì)渦動(dòng)系數(shù)的影響。相比之下，在今天類似的參與程度下，理論研究更多的是關(guān)注熱分層和水平不均勻性的影響，通常認(rèn)為渦度系數(shù)會(huì)針對(duì)平均風(fēng)和溫度結(jié)構(gòu)的任何變化很快進(jìn)行調(diào)整。

楊大升（1957）以及楊大升和鄭光（1958）在邊界層中測試的渦流系數(shù)公式為

K

=（

a

－

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），其中

a

和

b

是（量綱）常數(shù)。雖然獲得了有利的結(jié)果，但目前更常見的做法是以某種方式指定一個(gè)混合長度（Zilitinkevich，1970），并利用它和湍流能量方程來獲得渦流系數(shù)。在20世紀(jì)60年代，人們發(fā)現(xiàn)了西方對(duì)邊界層湍流能量耗散率所作的大部分測量（例如，MacCready，1962a，b）。這些測量利用了Kolmogorov（1941）提出的慣性子范圍的概念，通常應(yīng)用于飛機(jī)對(duì)風(fēng)速變化的測量。陳家宜等（1963）進(jìn)行了這樣的分析，但他們使用的是1956年由設(shè)在莫斯科附近的蘇聯(lián)中央航空天文臺(tái)通過裝有文丘里管的系留氣球收集的數(shù)據(jù)。這幾位作者可能是最早一批注意到這一現(xiàn)象的學(xué)者，即結(jié)構(gòu)函數(shù)與

r

成正比的范圍，其中

r

相當(dāng)于兩個(gè)測點(diǎn)之間的下游格距，往往可延伸到比高度大幾倍的距離。對(duì)于風(fēng)速波動(dòng)是否可以代替結(jié)構(gòu)函數(shù)中速度分量的波動(dòng)，以及Taylor（1938）的冰凍場假說是否典型有效等問題，陳家宜（1963）進(jìn)行了認(rèn)真的研究，并給予了肯定的回答。

在行星邊界層的相似性理論逐漸普及之前，科學(xué)出版物的發(fā)行就已經(jīng)停止了（例如，Csanady，1967；Blackadar和Tennekes，1968）。如果可能的話，不妨了解一下中國科學(xué)家在多大程度上利用了這一理論，以及他們?nèi)绾慰创謱拥挠绊憽Ｈ绻苤浪麄冊(cè)谶^去六年中是否對(duì)行星邊界層在觀測上做過任何攻關(guān)，從而對(duì)當(dāng)前的問題有所了解，那將是特別有價(jià)值的。其中包括：1）如何處理在高度上深入行星邊界層的粗糙度要素或障礙物；2）邊界層高度的確定和預(yù)測，特別是當(dāng)?shù)乇肀瓤諝鉁囟鹊蜁r(shí)；3）從不穩(wěn)定的行星邊界層到穩(wěn)定的邊界層的空間和/或時(shí)間轉(zhuǎn)換，反之亦然；4）邊界層與“自由”大氣層通過對(duì)流云量、內(nèi)部重力波、降水和蒸發(fā)下流等機(jī)制的相互作用。

3）臺(tái)風(fēng)。臺(tái)風(fēng)的發(fā)展和隨后的移動(dòng)不僅給理論家們提出了一個(gè)耐人尋味的挑戰(zhàn)，而且作為一個(gè)實(shí)際的預(yù)報(bào)問題，中國受到在南海形成和/或從南海侵入大陸的臺(tái)風(fēng)的影響，例如，劉匡南和董克勤（1958）；韋有暹等（1965）。因此，對(duì)這個(gè)問題的研究活動(dòng)是可以預(yù)期的。然而，盡管已經(jīng)報(bào)告了一些對(duì)臺(tái)風(fēng)的天氣學(xué)分析和統(tǒng)計(jì)分析，以及建議的預(yù)測臺(tái)風(fēng)移動(dòng)的轉(zhuǎn)向高度概念，但似乎并沒有開展協(xié)調(diào)一致的工作來發(fā)展臺(tái)風(fēng)本身的理論和數(shù)值模式，也沒有建立數(shù)值預(yù)測臺(tái)風(fēng)移動(dòng)的技術(shù)。不過，這方面的業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報(bào)方法有可能正在開發(fā)中，但文獻(xiàn)中還沒有報(bào)道。

謝義炳和陳秋士（1956）提出了渦旋運(yùn)動(dòng)的流體力學(xué)分析，并應(yīng)用于中緯度系統(tǒng)和臺(tái)風(fēng)的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)較短的版本也出現(xiàn)在中央氣象局的《氣象月刊》上（謝義炳和陳秋士，1957），這可能表明將這些結(jié)果用作業(yè)務(wù)工具的可能性。只有關(guān)于這項(xiàng)工作的摘要，后來的參考文獻(xiàn)也沒有出現(xiàn)，所以無法提供更全面的評(píng)價(jià)。

僅有三項(xiàng)關(guān)于臺(tái)風(fēng)形成的理論研究。與李憲之（1956，圖3）提出的理論相關(guān)的摘要沒有提供多少信息，盡管作者聲稱他的研究結(jié)果與目前已知的導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)發(fā)生的條件之間有令人滿意的一致。謝義炳和黃寅亮（1964）考慮了沿?zé)釒л椇蠀^(qū)的正壓不穩(wěn)定性模式，并得出結(jié)論，這種類型的不穩(wěn)定作為臺(tái)風(fēng)發(fā)展的能量來源是不應(yīng)該被忽視的。陳秋士（1964）的最后一篇論文代表了他以前的兩層模式（陳秋士，1963）的應(yīng)用，即將在斜壓大氣中調(diào)整過程的該模式應(yīng)用于對(duì)流不穩(wěn)定的情況。鑒于其中涉及的內(nèi)容過度簡單化，慣性波的對(duì)流不穩(wěn)定是臺(tái)風(fēng)形成的重要機(jī)制這一結(jié)論必須看成是一種建議，而不是一個(gè)成熟的理論推論。然而，作者后來分析了臺(tái)風(fēng)隨后形成的地區(qū)的天氣模式（陳秋士和桑建國，1965），并聲稱觀測結(jié)果和他的理論方面有很好的一致性。

圖3 李憲之臺(tái)風(fēng)論文中關(guān)于“三氣團(tuán)角學(xué)說”的配圖

c 地轉(zhuǎn)適應(yīng)

Blumen（1972）曾對(duì)中國氣象學(xué)家在地轉(zhuǎn)適應(yīng)領(lǐng)域的主要成就進(jìn)行了回顧。雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了還有一篇文章（曾慶存，1963a）和一本專著的目錄（葉篤正和勵(lì)名德，1965b），但這些論文主要是回顧以前已知的結(jié)果。

現(xiàn)有的所有參考文獻(xiàn)都是在1963—1965年發(fā)表的：但是，巢紀(jì)平（1963b）的論文是以1960年在蘇聯(lián)科學(xué)研究所I.A. Kibel教授的指導(dǎo)下完成的一篇論文為基礎(chǔ)。Kibel的影響在巢紀(jì)平的工作中非常明顯，他的工作是按照Kibel（1957）早期提出的程序來解釋正壓流體的非線性調(diào)整問題。

陳秋士（1963）和陳秋士和勵(lì)名德（1964）利用兩層和四層模式，研究了斜壓介質(zhì)中調(diào)整的性質(zhì)。葉篤正和勵(lì)名德（1964，1965a）的最后一組文章涉及正壓流體中的非線性運(yùn)動(dòng)，與Tepper（1955）和Houghton（1969）的工作密切相關(guān)。

葉篤正和勵(lì)名德二人的專著沒有被翻譯，這確實(shí)令人遺憾。從目錄中可以看出，該書對(duì)中國和其他地方的研究進(jìn)行了井然有序的全面總結(jié)。主題范圍涉及從適應(yīng)性和演化性大氣過程和能量擴(kuò)散的一般特性（注：葉篤正，1949，圖4）到與準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論相關(guān)的固有問題。

圖4 葉篤正1949年發(fā)表在Journal of Meteorology上的文章

鑒于這一時(shí)期攻關(guān)的種類繁多，20世紀(jì)60年代初對(duì)大氣調(diào)整問題的聯(lián)合攻關(guān)并不罕見。然而，有跡象表明，人們對(duì)非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和適應(yīng)過程的興趣是由于需要了解與發(fā)展原始方程數(shù)值預(yù)報(bào)模式有關(guān)的問題。此外，值得注意的是，兩位主要研究者曾慶存和葉篤正，在事業(yè)早期就受到調(diào)整理論先驅(qū)的影響。上文中提到曾慶存在蘇聯(lián)的研究生工作，而葉篤正在40年代末就讀于芝加哥大學(xué)，在那里他與羅斯貝有聯(lián)系，而羅斯貝在這一領(lǐng)域的經(jīng)典著作是眾所周知的。

d 天氣和行星尺度動(dòng)力學(xué)

20世紀(jì)50年代這十年主要是研究東亞環(huán)流系統(tǒng)的大氣環(huán)流及特定方面。英文出版物和易得的英文譯本中已對(duì)這一時(shí)期取得的大部分進(jìn)展進(jìn)行了廣泛評(píng)述，例如Staff Members（1957，1958a，b）；葉篤正等（1959）；葉篤正和謝光道（1959）；Chao （1959）；趙九章和傅承義（1959）。這一早期工作仍在繼續(xù)深化進(jìn)行。后期的出版物中有：天氣研究（例如，鄭成均，1963；謝義炳等，1965；仇永炎和陳國范，1965）、譜分析（例如，陳受鈞，1962，1963；朱福康，1964）以及能量轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)移研究（葉篤正等，1960，1961，1962），涉及到大氣環(huán)流現(xiàn)象學(xué)的各個(gè)方面。實(shí)際上，1949—1966年在中華人民共和國開展的大氣環(huán)流研究的廣度和發(fā)展程度與同期其他地方開展的類似研究不相上下。

由于需要了解青藏高原對(duì)東亞環(huán)流狀況和天氣的作用，因而明顯推動(dòng)了包括地形學(xué)和非絕熱加熱在內(nèi)的動(dòng)力學(xué)模式的開發(fā)（例如，Staff Members，1958b）。巢紀(jì)平（1956，1957）、朱抱真（1957a，b，c）進(jìn)行的早期調(diào)研基本上涉及建立穩(wěn)態(tài)流型式，以響應(yīng)下墊面加熱和大尺度地形。這些調(diào)查所確立的先例仍在繼續(xù)，并考慮了更復(fù)雜的模式及更廣泛的問題。

朱福康（1964）的計(jì)算是基于一個(gè)線性模式，它考慮到了地形和熱力強(qiáng)迫以及靜穩(wěn)定性的垂直變化。其結(jié)果表明，與對(duì)流層中部和平流層下部超長波有關(guān)的平均運(yùn)動(dòng)場與該模式所含的物理特征密切相關(guān)。陳受鈞（1965）僅利用地形控制了超長波，他還將平流層響應(yīng)視為季節(jié)的函數(shù)。另一方面，謝義炳和陳受鈞（1964）僅考慮了在兩層模式中熱源和水平渦動(dòng)輸送對(duì)建立平均緯向風(fēng)和平均經(jīng)向環(huán)流合成分布所產(chǎn)生的影響。楊金錫（1965）進(jìn)一步評(píng)估了非絕熱加熱對(duì)熱力驅(qū)動(dòng)環(huán)流發(fā)展的重要性，其中包括感熱的湍流傳輸、輻射傳輸和潛熱釋放。他通過兩層模式確立的結(jié)果表明，湍流傳輸對(duì)環(huán)流系統(tǒng)的影響遠(yuǎn)大于與其余兩個(gè)特征有關(guān)的影響。然而，由于僅提供了摘要，無法對(duì)后三項(xiàng)調(diào)查進(jìn)行充分評(píng)估。

周曉平和顧震潮（1958）調(diào)查了向北和向南傾斜的極長山脊對(duì)正壓擾動(dòng)傳播的影響。此項(xiàng)工作的啟動(dòng)是為響應(yīng)觀測，即波擾動(dòng)沿高原北脊傳播速度快于沿南緣的傳播速度。伍榮生（1964a，b）后來將郭曉嵐（1949）的正壓穩(wěn)定性分析擴(kuò)大到包括地形學(xué)，繼續(xù)對(duì)這一問題進(jìn)行了研究。尤其是，他發(fā)現(xiàn)，北坡（d

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)表示山脊高度）和科里奧利參數(shù)的緯度變化（“β效應(yīng)”）的綜合作用將使不穩(wěn)定的波擾動(dòng)傳播速度大于基本氣流的最大值，

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)。另一項(xiàng)研究（羅四維，1957）也考慮了青藏高原的氣流穩(wěn)定性，但具體情況不詳。

運(yùn)用圖形技術(shù)開始積極開發(fā)區(qū)域和行星尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式（顧震潮，1956；廖洞賢，1957）。然而，重點(diǎn)很快轉(zhuǎn)移到研究面向計(jì)算機(jī)的模式。顧震潮（1958，1959）的早期論文發(fā)表在中文和英文出版物上，例證了對(duì)理論概念實(shí)際應(yīng)用的早期和持續(xù)關(guān)注。

全球尺度預(yù)測問題的初步理論工作，部分是俄羅斯在這一領(lǐng)域努力的結(jié)果。尤其是，Blinova（1956）和Blinova以及Kibel（1957）所考慮的全球模式是朱永褆（1959）及曾慶存和朱永褆（1961）在蘇聯(lián)科學(xué)院地球物理研究所完成的工作重點(diǎn)。在這兩個(gè)案例中，在球坐標(biāo)下導(dǎo)出了與準(zhǔn)地轉(zhuǎn)、斜壓模式有關(guān)的格林函數(shù)解析表達(dá)式，并對(duì)其進(jìn)行了評(píng)估和討論。此項(xiàng)工作本質(zhì)上旨在建立一些最終用于開發(fā)長期預(yù)報(bào)模式的模式特征。

對(duì)有組織的大氣動(dòng)力學(xué)研究工作的重要新動(dòng)力首先是地球物理和氣象研究所數(shù)值天氣預(yù)報(bào)組（顧震潮等人，1961）根據(jù)1958—1959年的研究編寫發(fā)表在1961年專著中的一系列論文。其中有些工作與長期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)有關(guān)，但有三篇文章涉及到本論述：顧震潮（1962，圖5）的首篇論文令人振奮地闡述了對(duì)典型大氣模式對(duì)外部能量輸入的線性和非線性響應(yīng)之間加以區(qū)分的重要性。顯而易見，這一原則似乎指導(dǎo)了后續(xù)大氣動(dòng)力學(xué)調(diào)查的開展。

圖5 顧震潮1962年發(fā)表在《中國科學(xué)》上的文章

陳雄山（1962a）的相關(guān)論文進(jìn)一步闡明了兩層模式對(duì)日射影響的響應(yīng)，顧震潮之前曾考慮過該問題。在這兩個(gè)案例中，對(duì)該模式的傳遞函數(shù)進(jìn)行了分析，這是分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)典型程序?？刂评碚撝幸矎V泛使用李雅普諾夫方法，在一系列論文的第三篇文章中，巢紀(jì)平（1961）將該方法用于斜壓穩(wěn)定性問題。盡管其他研究者以前已建立了導(dǎo)出的穩(wěn)定性條件，但巢紀(jì)平指出，李雅普諾夫理論可用于小尺度及非線性大氣穩(wěn)定性問題。Dikii（1965）和Blumen（1968，1971）已利用Arnold（1965）的相關(guān)方法將其擴(kuò)展至各類問題，不過這些作者并不了解巢紀(jì)平的工作。

后續(xù)研究工作的很大部分旨在建立各類模式的穩(wěn)定特性，包括研究有限振幅斜壓波與緯向流的非線性相互作用，以及可補(bǔ)充數(shù)值預(yù)報(bào)模式持續(xù)開發(fā)的其他動(dòng)力響應(yīng)特征。例如，廖洞賢等（1961）認(rèn)為，分?jǐn)?shù)效應(yīng)應(yīng)被納入線性斜壓預(yù)報(bào)模式中，以克服在地形強(qiáng)迫出現(xiàn)擾動(dòng)所產(chǎn)生的共振問題。Charney和Eliassen（1949）根據(jù)相當(dāng)正壓模式早得多已得出了類似結(jié)論。

考慮到明顯是要應(yīng)用于數(shù)值模擬，其他理論型研究包括陳雄山（1962b）對(duì)五層模式的詳細(xì)分析，以評(píng)估某一層原位能源對(duì)其他層的影響?；谶@個(gè)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)模式的主要結(jié)論不包括β項(xiàng)和垂直風(fēng)結(jié)構(gòu)，但卻表明對(duì)流層事件幾乎未受到平流層源的影響。當(dāng)能源處于低層時(shí)，高空的影響程度取決于平流層靜穩(wěn)定性程度。這些結(jié)果與Charney和Drazin（1961）得出的結(jié)果相一致。后來，廖洞賢（1963）和黃士松（1965）著重關(guān)注西風(fēng)氣流天氣尺度波運(yùn)動(dòng)的熱結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，而葉篤正和陳雄山（1963a）則側(cè)重于行星尺度波的特點(diǎn)。盡管這些模式似乎包涵發(fā)生斜壓或正壓不穩(wěn)定性的成分，但這些現(xiàn)象并未在前兩篇摘要中討論，僅在第三篇摘要中作了簡述。

然而，如上所述，流體動(dòng)力穩(wěn)定性問題確實(shí)引起了關(guān)注。其中的一項(xiàng)早期研究（陳隆勛，1959）涉及到表現(xiàn)出垂直和水平切變的緯向氣流不穩(wěn)定性的必要條件。摘要中并未明確闡明在這一重要問題上所取得的進(jìn)展，后來Pedlosky（1964a，b）對(duì)此進(jìn)行了十分廣泛的研究。根據(jù)前文提及的巢紀(jì)平（1961）的工作以及陳受鈞（1963）對(duì)斜壓不穩(wěn)定性機(jī)制的判讀分析，文獻(xiàn)中刊載了穩(wěn)定性概念應(yīng)用于一系列物理問題。

除了評(píng)估地形特征對(duì)正壓穩(wěn)定性特點(diǎn)的影響之外，伍榮生（1964a）擴(kuò)展了其模式，涵蓋了基本氣流的垂直切變—混合正壓—斜壓穩(wěn)定性問題。他的主要貢獻(xiàn)是通過正交模方法導(dǎo)出不穩(wěn)定性的必要條件，基本上相當(dāng)于Pdelosky（1964a，Eq. 3.1.4b）同時(shí)得出的結(jié)果。巢紀(jì)平和吳欽岳（1964）研究了另一個(gè)重要的穩(wěn)定性問題，他們考慮了線性兩層模式中地轉(zhuǎn)流對(duì)內(nèi)部重力慣性波的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有的摘要相對(duì)簡單，但該問題與Rao和Simons（1970）的相關(guān)研究相似。此外，Blumen（1973）最近對(duì)一個(gè)兩層非地轉(zhuǎn)模式的分析表明，導(dǎo)出結(jié)果是在地轉(zhuǎn)速度的振幅超過重力慣性波的相速度時(shí)將產(chǎn)生不穩(wěn)定性。

以不穩(wěn)定性機(jī)制作為熱帶擾動(dòng)產(chǎn)生方法的兩項(xiàng)調(diào)查是引人關(guān)注的主題。謝義炳和黃寅亮（1964）調(diào)查了熱帶輻合帶附近出現(xiàn)的正壓不穩(wěn)定性，而且之前提及了臺(tái)風(fēng)的發(fā)展。作者指出，他們的模式中忽視的特征（例如，潛熱釋放）還會(huì)促進(jìn)不穩(wěn)定性。然而，通過正壓不穩(wěn)定性機(jī)制引發(fā)熱帶波擾動(dòng)后來得到了例如Nitta和Yanai（1969）及Holton（1972，p. 292）的支持。另一方面，楊大升（1965）認(rèn)為東風(fēng)波擾動(dòng)的產(chǎn)生是斜壓不穩(wěn)定性問題。然而，他確實(shí)將基本流的緯向變化納入了其簡易的兩層準(zhǔn)地轉(zhuǎn)模式，但指出在10°—35°N緯度帶并未滿足正壓不穩(wěn)定性的條件。在經(jīng)過大量簡化后，對(duì)不穩(wěn)定擾動(dòng)的最大增長率的確定可歸結(jié)為代數(shù)特征值問題。結(jié)果表明，在500 hPa以下發(fā)生最不穩(wěn)定擾動(dòng)，其波長為2400 km，并以每秒約5.4 m的速率向西傳播。盡管可例舉出與西太平洋（～15°N）低空東風(fēng)波觀測證據(jù)一致性，但Holton（1971）近期的工作表明，這些波是被迫響應(yīng)云團(tuán)降水所釋放潛熱能的大尺度型式，雖然Holton模式中的波結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出對(duì)緯向平均風(fēng)的垂直切變極為敏感。

由于提出了一系列競爭性理論，尤其是最近提出的理論，似乎上述調(diào)查是對(duì)熱帶動(dòng)力學(xué)持續(xù)發(fā)展的重要早期貢獻(xiàn)。

最后的系列論文表明主要是葉篤正和陳雄山在持續(xù)努力闡明非線性反饋機(jī)制，可以不穩(wěn)定斜壓波與緯向氣流相互作用的過程為證。例如，先前關(guān)于這一主題的西方文獻(xiàn)在應(yīng)用于大氣方面與Phillips（1954）和Charney（1959）有關(guān)。另一方面，Stuart（1960）和Watson（1960）建立了一種數(shù)學(xué)方法來描述均質(zhì)切變氣流中不穩(wěn)定波的增長和隨后的平衡。這些論文中制定的指導(dǎo)原則基本上是葉篤正和陳雄山的研究重點(diǎn)。

葉篤正和陳雄山（1963b）考慮了不穩(wěn)定斜壓波與最初只是高度

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的緯向

y

-變化最初被納入了該方程中，但隨后被略去）。兩層準(zhǔn)地轉(zhuǎn)、β-平面模式被用于簡化問題的分析方面。計(jì)算的動(dòng)量非零渦流通量，顯然有助于緯向動(dòng)量的二級(jí)（振幅）變化，與Phillips等人所獲得的結(jié)果不同。目前很難解決這一差異，因?yàn)槿~篤正和陳雄山提供的簡要計(jì)算細(xì)節(jié)沒有證據(jù)證實(shí)其結(jié)果。還應(yīng)注意到，用于計(jì)算緯向氣流初始趨勢(shì)的直接振幅膨脹還被用于確定通過波的發(fā)展獲得的最大振幅。這一程序值最近受到Pedlosky（1970，1971）的質(zhì)疑，他為研究有限振幅斜壓波發(fā)展奠定了更堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。翌年，葉篤正（1964）和陳雄山（1964）發(fā)表了隨著緯向變化的基本氣流行星波發(fā)展的銜接研究。葉篤正考慮了在一個(gè)波形西風(fēng)流中不同波的相互作用以及單一波擾動(dòng)的發(fā)展。然而，并沒有提供所用模式的詳情以及從中導(dǎo)出的結(jié)果。陳雄山以有限差分形式表示緯向

y

導(dǎo)數(shù)，從而重建了之前與葉篤正合作研究的原來的兩層模式。他針對(duì)應(yīng)變量而制定的一組時(shí)變振幅方程類似于Lorenz（1960，1963）之前的工作。隨后，由數(shù)值積分決定的基本流的時(shí)間演化表明取決于初始擾動(dòng)的形式。

最終，除了基本氣流結(jié)構(gòu)之外，葉篤正和王曉林（1965）還著眼于與靜穩(wěn)定性的垂直分布相關(guān)的超長波不穩(wěn)定性特點(diǎn)和發(fā)展。平流層被列為四層模式的上層。該研究的基本線性方面是對(duì)Wiin-Nielsen（1961）研究的延伸。然后，不穩(wěn)定波與相關(guān)基本氣流的相互作用沿著葉篤正和陳雄山制定的思路繼續(xù)研究。這一發(fā)展中隱含的近似值并未予以充分闡明，盡管結(jié)果顯示出垂直切變幅度的預(yù)期降低，且波擾動(dòng)的后續(xù)呈現(xiàn)有界增長。

3 數(shù)值天氣預(yù)報(bào)

a 準(zhǔn)地轉(zhuǎn)模式

中國在1954年開始開發(fā)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP）。中國科學(xué)院地球物理研究所工作人員發(fā)表了至1959年的NWP進(jìn)展摘要（1959）。最初的重點(diǎn)是簡易模式的圖解積分，以制作短期預(yù)報(bào)。首批NWP實(shí)驗(yàn)利用了Fj?rtoft（1952）和Sawyer及Bushby（1953）早前使用的圖解法。廖洞賢（1957，1958）報(bào)告了兩層模式的斜壓發(fā)展過程的結(jié)果。陳雄山等（1957）還根據(jù)兩層準(zhǔn)地轉(zhuǎn)模式，使用了圖解法制作12小時(shí)預(yù)報(bào)，其中用位溫

θ

替代

z

來表示垂直坐標(biāo)方向。Charney和Phillips（1953）先前報(bào)告過類似模式的數(shù)值積分結(jié)果。

1960年2月，中央氣象局與中國科學(xué)院地球物理實(shí)驗(yàn)室及計(jì)算技術(shù)研究所合作，開始利用簡易的正壓地轉(zhuǎn)模式進(jìn)行數(shù)值積分（見中央氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)組，1965年）。直到1960年7月，該模式一直用于歐亞有限地區(qū)的24～48 h預(yù)報(bào)，效果中等。然而，超長行星波向西傳播對(duì)預(yù)報(bào)產(chǎn)生了不利影響。劉瑞芝和趙明哲（1962）表明，將速度輻散效應(yīng)列入正壓模式公式中可控制這種反向運(yùn)動(dòng)。這項(xiàng)工作的詳情并未提供，不過Cressman（1958）以前曾以類似于Wolff（1958）的方式考慮過這個(gè)問題。此外，對(duì)一些微小的變化進(jìn)行了檢測。例如，使用了通過簡易形式的平衡方程計(jì)算得出的流函數(shù)取代正壓預(yù)報(bào)方程中的高度場。然而，這些細(xì)化并未顯著改進(jìn)當(dāng)時(shí)所用簡易模式做出的預(yù)報(bào)。在1964—1965年，中央氣象局發(fā)布的48小時(shí)正壓預(yù)報(bào)分析是由沈如桂和牟惟豐（1965）所做。盡管實(shí)際上這些模式無法預(yù)報(bào)斜壓的發(fā)展，但預(yù)報(bào)統(tǒng)計(jì)表明，正壓預(yù)報(bào)要好于之前以主觀做出的預(yù)報(bào)。

含斜壓過程的模式已得到開發(fā)，但并未用于業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)。例如，朱永褆（1961）在球面坐標(biāo)中開發(fā)了三層（1000、500和300 hPa）非線性模式。該模式類似于蘇聯(lián)E. N. Blinova早前開發(fā)的模式。實(shí)際上，在蘇聯(lián)科學(xué)院的BESM-I計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。朱永褆在蘇聯(lián)期刊上發(fā)表了其他文章，并于1959—1960年在蘇聯(lián)科學(xué)院應(yīng)用地球物理研究所做訪問學(xué)者，并與Blinova進(jìn)行了合作。朱永褆的研究重點(diǎn)是研究地形對(duì)24小時(shí)預(yù)報(bào)的影響。泊松方程和亥姆霍茲方程源于準(zhǔn)地轉(zhuǎn)模式方程組的積分，通過影響函數(shù)或戈林函數(shù)完成了方程的求解。使用這種方法，而不是松弛法或迭代法，反映出了蘇聯(lián)對(duì)這一問題的解決方法。

后來秦曾灝（1963）開發(fā)出另一種斜壓模式，它與Thompson和Gates（1956）所用的模式類似。這種雙參數(shù)模式旨在研究地形、表面摩擦和非絕熱加熱的影響。然而，作者并沒有說明用該模式所做的任何具體預(yù)報(bào)。

b 原始方程數(shù)值預(yù)報(bào)模式

我們對(duì)文獻(xiàn)的調(diào)研表明，僅有一篇論文涉及到使用原始方程模式。劉瑞芝和張濟(jì)朋（1965）描述的這種正壓模式是海外期刊停止發(fā)行之前的最后一個(gè)重要的數(shù)值模擬出版物。用于該模式的方程組是以守恒形式編寫的?？臻g導(dǎo)數(shù)是以中心有限差分近似值來表示，而且采用了Lilly（1961）提出的網(wǎng)格系統(tǒng)。采用了向前差分的第一個(gè)時(shí)間步長，后續(xù)的時(shí)間步長是中心差分。劉瑞芝使用了通過測得的位勢(shì)場計(jì)算的地轉(zhuǎn)初始條件。利用這一新模式并對(duì)比地轉(zhuǎn)預(yù)報(bào)，針對(duì)夏季和冬季條件做出了一些實(shí)驗(yàn)性半球24小時(shí)預(yù)報(bào)。結(jié)果表明，原始方程模式至少與地轉(zhuǎn)正壓模式同樣表現(xiàn)良好或更好，即使采用了600-gm格距。劉瑞芝和張濟(jì)朋建議，未來應(yīng)測試更精細(xì)的分辨率網(wǎng)格。他們還注意到，在24小時(shí)后，有限差分解法出現(xiàn)了“寄生波”。盡管并未明確闡明，但似乎非線性計(jì)算的不穩(wěn)定性將預(yù)報(bào)期限制在了24小時(shí)。

c 大氣環(huán)流：計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)

朱抱真（1958）、朱永褆等（1961）和陳雄山（1962、1964、1965）所開展的一系列數(shù)值研究主要是采用兩層準(zhǔn)地轉(zhuǎn)模式，類似于Phillips（1956）所開發(fā)的模式，用以研究地球大氣環(huán)流的各個(gè)方面。特別是，陳雄山將運(yùn)動(dòng)細(xì)分為平均分量和渦動(dòng)分量。渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)擴(kuò)展為雙傅里葉級(jí)數(shù)。譜分辨率在

x

方向?yàn)?個(gè)眾數(shù)，在

y

方向?yàn)?個(gè)眾數(shù)。所包含的物理過程數(shù)量相當(dāng)大。例如，陳雄山的模式包括了針對(duì)長波和短波輻射的云量計(jì)算、地形、陸地和海洋分布、凝結(jié)加熱、水平擴(kuò)散以及用于計(jì)算地面溫度的地面加熱平衡方程。地面溫度和風(fēng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)比太陽加熱滯后約一個(gè)月，而計(jì)算的分布與測得的分布發(fā)現(xiàn)有良好的一致性。

葉篤正和謝光道（1959）在其綜述1949—1959年大氣環(huán)流研究過程中注意到實(shí)驗(yàn)室或轉(zhuǎn)盤實(shí)驗(yàn)的價(jià)值。盡管這些實(shí)驗(yàn)據(jù)說是在北京大學(xué)地球物理系進(jìn)行的，但并沒有找到涉及此項(xiàng)工作的任何中文文獻(xiàn)。

后來，參加1964年北京研討會(huì)的兩名日本科學(xué)家報(bào)告了中國科學(xué)院地球物理實(shí)驗(yàn)室作了此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)（Kodaira和Masuda，1965）。這些研究試圖闡明青藏高原對(duì)大氣環(huán)流特征的動(dòng)力影響和熱力影響。

d 計(jì)算機(jī)

鑒于數(shù)值預(yù)報(bào)需要使用計(jì)算機(jī)，因此，應(yīng)提及用于業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)的電子計(jì)算機(jī)103機(jī)的一些特性（見計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所，1965）。它顯然類似于早期蘇聯(lián)模式，但根據(jù)Kodaira和Masuda（1965）所述，該計(jì)算機(jī)完全是中國制造，且使用了真空管。該計(jì)算機(jī)的主磁芯為16 K，磁鼓上的輔助存儲(chǔ)器為16 K，外加四個(gè)磁帶機(jī)。存儲(chǔ)器速度為20 μs。該計(jì)算機(jī)的設(shè)施由中科院計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所負(fù)責(zé)運(yùn)行。似乎并沒有做斜壓業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)，因?yàn)?03機(jī)及或許其他可用的計(jì)算機(jī)無法滿足此類模式的計(jì)算要求。根據(jù)Oldham（1969）所述，中國報(bào)紙報(bào)道了建造“通用數(shù)字計(jì)算機(jī)”，最近，Lubkin（1972）報(bào)道已建造了第二代計(jì)算機(jī)，且目前已投入使用。二代機(jī)的存取時(shí)間為2 μs，主存儲(chǔ)器為32000字；機(jī)器的磁鼓存儲(chǔ)器容量為64000字，計(jì)算機(jī)為紙帶輸入。鑒于二代計(jì)算機(jī)的上述特征，我們認(rèn)為很難說它是否足以開展美國所作的此類業(yè)務(wù)多級(jí)斜壓預(yù)報(bào)（國家氣象中心）。為回答這一問題，我們必須更多了解計(jì)算機(jī)的安裝、可用時(shí)間、垂直和水平預(yù)報(bào)域的規(guī)模以及網(wǎng)格分辨率。

附件中國氣象學(xué)家的英文文章

在中國氣象出版物中發(fā)表過論文的人員中，有些人除了在《中國科學(xué)》和《科學(xué)記錄》，也在英文刊物上發(fā)表過文章。對(duì)一些主要?dú)庀笃诳M(jìn)行的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)了下列參考書目中列出的文章。通過對(duì)

參考文獻(xiàn)

的交叉核對(duì)，包括中文和俄文文章的譯文

參考文獻(xiàn)

，表明這份清單很全面，盡管可能并不詳盡。

參考書目的第一部分包括四位氣象學(xué)家撰寫的文章，這幾位氣象學(xué)家在建立大氣環(huán)流現(xiàn)象學(xué)的研究路徑以及發(fā)展中華人民共和國的理論和數(shù)值動(dòng)力學(xué)方面發(fā)揮了重要作用。趙九章在1946年應(yīng)美國國務(wù)院的邀請(qǐng)?jiān)L問了美國。他的行程包括芝加哥大學(xué)和麻省理工學(xué)院。不久后，謝義炳和葉篤正進(jìn)入芝加哥大學(xué)氣象系攻讀博士。同一時(shí)期，顧震潮在斯德哥爾摩大學(xué)氣象系作研究生。盡管這些年來與許多杰出氣象學(xué)家進(jìn)行了個(gè)人接觸，但與羅斯貝的聯(lián)系反映在下列引述的諸多工作中。

謝義炳（Hsieh Yi-ping）

1949: An investigation of a selected cold vortex over North America. J. Meteor, 6, 401-410.

1950: The mean wind and temperature distribution through a fat upper ridge in winter. Tellus, 2, 130-133.

1950: On the formation of shear lines in the upper atmosphere: J. Meteor, 7, 382-387.

1951: Reply to G. J. Haltiner. J. Meteor, 8, 203-204.

1951: Reply to additional comments by G. J. Haltiner. J. Meteor, 8.205.

（促使謝義炳做出初步答復(fù)的信件是：Haltiner, J. G, 1951: Upper-level vortices and the turbulent transfer of momentum. Meteor, 8, 202-203.）

趙九章（Jaw Jeou-jang）

1946: The formation of the semipermanent centers of action in relation to the horizontal solenoidal field J. Meteor,3,103-114.

顧震潮（Koo Chen-chao）

1950: An iterative relation of the influence function in numerical forecasting. J. Meteor, 7, 163-164.

（在下面的文章中感謝了顧震潮在天氣圖分析方面的幫助：Rossby, C.G., 1949: On a mechanism for the release of potential energy in the atmosphere. J. Meteor., 6, 163-180. 這種合作顯然是在1947—1948年，當(dāng)時(shí)羅斯貝教授在斯德哥爾摩大學(xué)休假。）

葉篤正（Yeh Tu-cheng）

芝加哥大學(xué)氣象系員工（葉篤正參與）, 1947: On the general circulation of the atmosphere in middle latitudes. Bull. Amer. Meteor. Soc., 28, 255-280.

1949: On energy dispersion in the atmosphere. J. Meteor., 6, 1-16.

1950: The motion of tropical storms under the

influence of a super-imposed southerly current. J. Meteor.,

7, 108-113.

Riehl, H. and T. C. Yeh, 1950: The intensity of the net meridional circulations. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 76, 182-188.

—, —, and N. E. La Seur, 1950: A study of variations of the general circulation. J. Meteor., 7, 181-194.

1950: The circulation of the high troposphere over China in the winter of 1945-46. Telus, 2, 173-183.

1951: On the maintenance of zonal circulation in the atmosphere. J. Meteor., 8, 146-150.

Riehl, H., J. S. Malkus, T. C. Yeh, and N. E. La Seur,

1951: The north-east trade of the Pacific Ocean. Quart. J.

Roy. Meteor. Soc., 77, 598-626.

涂長望（Tu Chang-wang）、黃士松（Hwang Szesung）和盧鋈（Lu A）在論文發(fā)表時(shí)都在中國氣象部門工作。張寶堃（Chang Pao-kun）在Charles F. Brooks教授和Victor Conrad博士的指導(dǎo)下，在哈佛大學(xué)開展了氣候?qū)W研究并撰寫了他的論文。除了黃士松之外，其他上述作者后來都在引言中提及的文章集的編輯委員會(huì)中任職。最后，徐爾灝（Hsu Erh-hao）感謝D. Brunt和P. A. Sheppard教授的有益批評(píng)指正。二位教授在徐爾灝完成研究時(shí)是在倫敦大學(xué)工作。徐爾灝后來推動(dòng)了動(dòng)力氣象學(xué)的研究工作，并撰寫了第2節(jié)中提到的動(dòng)力學(xué)調(diào)查。

Tu, C. W. and S. S. Hwang, 1945: The advance and retreat of the summer monsoon in China. Bull. Amer. Meteor. Soc., 26, 9-22.

Lu A., 1945: The winter frontology of China. Bull. Amer. Meteor. Soc., 26, 307-314.

Chang, P. K., 1949: Methods of evaluating and comparing cold waves, with special reference to New York City. Bull. Amer. Meteor. Soc., 30, 107-109.

Hsu, E. H., 1951: A general equation of horizontal mass divergence in the atmosphere. J. Meteor., 8, 395-397.

最終的文章列表提供了1949—1959年開展的天氣和動(dòng)力氣象學(xué)研究的相當(dāng)有代表性的觀點(diǎn)。1958年《氣象學(xué)報(bào)》上還發(fā)表了葉篤正和顧震潮在《運(yùn)動(dòng)中的大氣和海洋》中的文章，這些文章可能代表著在中華人民共和國以外以英文發(fā)表的最后一批論文。

Yeh, T. C., 1957: The maintenance of the zonal circulation of the atmosphere. Acta Geophys. Pol. (Warsaw), 5, 65-73 (in English).

——, 1957: On the formation of quasi-geostrophic motion in the atmosphere. J. Meteoro. Soc. Japan, 75, 130-134.

北京中科院地球物理和氣象研究所天氣和動(dòng)力氣象學(xué)部職工，1957: On the general circulation over Eastern Asia I. Tellus, 9, 432-446.

——, 1958: On the general circulation over Eastern Asia II. Tellus, 10, 58-75.

——, 1958: On the general circulation over Eastern Asia III. Tellus, 10, 299-312.

Yeh, T. C., 1958: On the mechanism of maintenance of zonal circulation. Geophys. 6, 607-620.

——, S. Y. Dao, and M. T. Li, 1959: The abrupt change of circulation over the northern hemisphere during June and October. The Atmosphere and the Sea in Motion, Rockefeller Inst. Press and Oxford Univ. Press, 249-267.

Koo, C. C., 1959: On the equivalency of formulations of weather forecasting as an initial value problem and as an “evolution” problem. The atmosphere and the Sea in Motion, Rockefeller Inst. Press and Oxford Univ. Press, 505-509.