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簡述黃士松的個人經歷及研究成果

黃士松先生在南京大學大氣科學學院(前身為南京大學氣象學系)任教40余年,為祖國培養了眾多的氣象人才,桃李滿天下。他長期從事中、低緯度大氣環流與災害性天氣氣候問題的研究,探索天氣變化的機理和預測途徑。他在大氣環流、副熱帶高壓、夏季風、暴雨和臺風以及長期
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論文摘要
  黃士松先生在南京大學大氣科學學院(前身為南京大學氣象學系)任教40余年,為祖國培養了眾多的氣象人才,桃李滿天下。他長期從事中、低緯度大氣環流與災害性天氣氣候問題的研究,探索天氣變化的機理和預測途徑。他在大氣環流、副熱帶高壓、夏季風、暴雨和臺風以及長期天氣預報等領域做了大量的、卓有成效的研究工作,取得了一批令人矚目的研究成果,在國內外發表了大量很有學術價值的論著。

  1942年,黃士松在畢業論文導師朱炳海的推薦下,與著名氣象學家涂長望先生結緣并就此追隨。1943年,經涂長望先生介紹,黃士松到位于重慶北碚的中央研究院氣象研究所任研究助理員,從此真正邁進了氣象研究的大門。1944年12月,國民政府考試院組織公開考試,招考留美實習生。1945年6月25日,黃士松告別恩師涂長望以及趙九章所長和所內各位同仁,赴美國芝加哥大學學習。這里是世界第一顆原子彈誕生的地方,有“諾貝爾獎搖籃”的美譽,而對于年輕的黃士松來說,最吸引他的是當時在世界氣象界聲名鵲起的羅斯貝教授和他的“芝加哥學派”團隊。公費留學一年后,他向國民政府中國物資供應委員會申請暫緩回國,自費留下來繼續深造。1949年7月黃士松順利獲得UCLA(加州大學洛杉磯分校)的候補博士資格,并于此正式成為J.Bjerknes的入門弟子。

  新中國成立后,得知南京大學氣象系緊缺師資,在祖國、親人的召喚下,黃士松放棄了只要寫完論文就可以取得的博士學位,義無反顧地踏上了歸國之途。回國后,他把主要精力放在教學上,忙于備課、編寫講義。

  但他還是盡可能抽出時間來考慮一些科學問題。在的他腦海里一直有一個問題,那就是在UCLA博士口試時J.Bjerknes問他的關于決定大氣環流的幾個因子的問題:假設地球是不轉動的,那么受太陽輻射的影響就只產生南北環流,地球一轉動呢,就有了東西向環流波動了,但環流波動的情況每年每季都有不同,又是什么原因?

  這個問題給了他很大啟發。后來在潛心研究下,1955年,黃士松在《氣象學報》第26卷發表了“決定大氣環流的基本因子”,對大氣環流形成的原因做了全景性的描述,震動學術界。

  黃士松在研究決定大氣環流的基本因子時注意到中緯度西風急流位置,一年之中向北移動振蕩兩次,但副熱帶高壓脊線平均位置向北移動僅有一次,而且兩者位移的位相并沒有任何一致性,副熱帶高壓脊到達最北時間為7—8月間,是在西風急流兩次到達最北時的中間,較急流第二次到達最北早一個月左右。這和通常副熱帶高壓與西風急流位移同位相的概念是全然不同的。西風急流和副熱帶高壓之間到底是什么樣的關系呢?那時學術界對副熱帶高壓的研究并不多,對副熱帶高壓的認識不清楚。黃士松帶著他的第一個研究生余志豪在這方面開展研究。

  1959年8月15—23日,一個強大的副熱帶高壓罕見地、長時間地位于大陸上空,這給全面研究它提供了一個絕佳的機會。黃士松首先分析了副熱帶高壓脊線的緯度位置隨高度的變化情況,他發現:副熱帶高壓脊線的緯度位置隨高度的變化情況在大陸上與海洋上有很大差別,位于海洋上的高壓脊軸首先隨高度向南傾斜,之后往北傾斜;在大陸上則截然不同,高壓脊軸基本上首先都隨高度呈垂直上伸,抵850hPa高度后向北傾斜,之后約呈垂直,最后又稍呈向南傾斜的形狀。這種高壓脊軸的變化特征不但在個別時間如此,在平均情況亦如此。

  原因是什么呢?黃士松分析了北半球7月份對流圈下半部的熱源和熱匯的分布和海平面平均氣溫分布的情況,發現在大洋上熱源或最暖區位于副熱帶高壓的南方,而在亞非大陸上熱源或最暖區卻位于副熱帶高壓的北方。

  在低空大陸上副熱帶高壓位置隨高度往北偏移,而海洋上副熱帶高壓的位置隨高度往南偏移者,概系熱源高溫作用使該區等壓面上凸,導致副熱帶高壓在對流圈下半部隨高度向熱源或高溫區移動之故,這顯示了熱力因子對副熱帶高壓結構的影響。

  黃士松對副熱帶高壓詳細結構的分析中最激動人心的發現,在于青藏高原對西風急流的分支作用問題。他的發現一舉推翻了“冬季西藏高原南北側各出現一支西風急流是完全由于山脈動力作用使某一西風急流分支的結果”的結論。

  他發現在副熱帶高壓脊軸南北兩側各存在一個強風區,北側的西風最大風速區出現在200hPa左右的高度,位于熱帶對流圈頂與溫帶對流圈頂間的斷裂處,是為副熱帶西風急流,不同于極鋒急流。這支副熱帶急流在北半球平均圖上表現得非常明顯。而位于高壓脊軸南側出現在130hPa左右高度的強東風,通常稱為東風急流。

  這種強東風在夏季普遍存在于亞非大陸南部,亦見于北美,但出現的高度各地不同。

  但值得注意的是,在副熱帶西風急流中心以下各高度上均存在兩支強西風氣流,它們均位于青藏高原所在緯度的北方。同時,南支強西風自低層上達急流中心的連線自南向北隨高度傾斜,約與高壓脊軸平行,乃純粹是副熱帶急流;北支強西風乃是與低層南移弱鋒相結合的強西風。副熱帶急流有一明顯的急流中心,而與鋒系結合的強西風因在夏季鋒的強度弱,并不一定有急流中心,但是,兩支強西風在200hPa左右高度會合,亦可增強副熱帶急流中心的強度。因此,乃可以認為兩支強西風的出現,并不一定是山脈對某一西風氣流的強迫分支的結果。夏季副熱帶高壓北面強西風的這種分布形狀不但出現在一些個別時間的南北剖面圖上,而且在平均圖上也可同樣明顯地見到。這一現象陶詩言和陳隆勛也有所發現。

  青藏高原北側為什么會有兩支西風急流呢?黃士松覺得這一現象不是偶然的,難道本來就存兩支西風急流,和青藏高原對急流的分支沒有關系?經過進一步分析,他認為冬季西藏高原南側的西風急流為副熱帶急流;北側的西風急流主要為極鋒急流或者為槽渦南緣的強西風,兩者屬于根本不同的性質。夏季極鋒弱,與之結合的強西風多不具有顯著的急流中心,而副熱帶西風急流中心則極為明顯。冬季極鋒強,極鋒急流和副熱帶急流一樣亦具有明顯的急流中心,故南北剖面上常反映出兩個或兩個以上的急流中心。因冬季時東亞大陸上副熱帶高壓脊(500hPa面上)平均位于12°—15°N。副熱帶西風急流乃位于高原之南側,強而穩定;極鋒急流多活動于高原之北,變動較大,兩支急流恒為高原所隔,故冬季西藏高原南北兩側各出現強西風急流中心的現象最為顯著突出。至于分支作用,只是當極鋒急流南移至較低緯度或副熱帶急流擺動到較高緯度時,則高原可對急流的下部分起分支作用。但是,分支作用亦主要限于低層,高原對急流中心的分支作用是值得懷疑的。

  黃士松還根據對多年的副熱帶高壓南北移動特征的研究指出,冬季在130°—160°E間的副熱帶高壓脊平均緯度位置要較70°—100°E間高壓脊緯度位置偏北,而且在自冬至夏向北移動過程中在6月中有躍進階段,這一個躍進階段開始時間在海洋上較在陸上要早一些或者同時發生。此外,他又指出:高壓脊位置南北變動的位相在夏季中顯著地要較同區域內的西風急流的南北變動位相為早。這一切都足以說明冬季東亞上空的南支急流為副熱帶急流,6月間其向北移動時在西部的要較在東部的稍遲,所謂南支急流的突然消失并非是因為某一西風急流北撤到高原之北,脫離了山脈分支影響,而顯然是副熱帶高壓的急速向北推進的結果。總之,南支急流的出現與消失,并不是西藏高原分支作用的表現。

  雖經理論探討指出地形對西風氣流有分支作用,但對冬季西藏高原南北側各出現一支西風急流,就認為完全是由于山脈動力作用使某一西風急流分支的結果,顯然不是很恰當的。黃士松的這一發現引起了學術界的爭論,他再一次震驚了氣象界。

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