首页     |     生平     |     学术成就     |     怀念文章     |     音容笑貌    
周晓平先生学术成就
 

  著名气象学家周晓平先生是我国大气对流和中尺度天气动力学以及天气数值模拟研究的先驱者和奠基人之一,是暴雨和强风暴数值模式与预报研究的开拓者。周晓平先生1956年毕业于北京大学物理系,后考入中国科学院地球物理研究所(现大气物理研究所)读研究生,师从顾震潮先生,并赴前苏联科学院进修,师从基别尔院士。几十年来, 他为我国气象科研和教育事业的发展做出了多方面的突出贡献。

  (一)我国大气对流动力学和数值模拟研究的先驱

  20世纪50年代,我国迫切需要开展云降水物理以及大气对流动力学与模拟的研究。当时周晓平先生师从国际数值天气预报奠基人之一的顾震潮先生和基别尔院士,最早开展了这些领域的研究,特别是讨论了大气对流活动与浮力振荡频率的关系,在考虑湍流后得出大气中理论最优对流尺度约为20公里,这与我国大多数强对流单体的情况很相近。他是世界上最早开展对流数值模拟且卓有成就的学者之一,也是国内外大气对流动力学和模拟研究的先驱和奠基人之一。

  20世纪60年代初,他和巢纪平先生合著完成了《积云动力学》一书,与国外几乎同时开展了非静力弹性方程组的研究,其水平处于国际前列。同时他们还对积云在不同层结和风场条件下的发展作了分析。暴雨和积云的活动是分不开的,积雨云动力学更是暴雨动力学的重要内容。这些成果为我国暴雨动力学和数值预报研究奠定了坚实的基础。

  (二)我国暴雨和强风暴数值模式研究的开拓者

  1975年8月,河南省发生了特大暴雨,灾情非常惨重,我国深感暴雨数值预报的重要。为此,周晓平先生立刻投入到暴雨数值预报问题的研究,而回顾历史,20世纪60年代国内外均尚未能做降水定量预报,更别说暴雨的预报了。这是很大的难题,要从事这项研究的确需要有不怕失败的勇气。周晓平先生率领课题组经多年奋战,在计算机资源十分有限的条件下,经过努力,发展出“一个东亚季风区的暴雨数值预报模式”。该模式针对季风区夏季暴雨的特点,提出并研究了在模式设计和初值分析方面的几个关键科学问题。同时,还与当时的湖北省气象局武汉暴雨研究所合作开展汛期暴雨业务数值预报试验,这是科研向业务应用迈进的一大步。又在西安举办“细网格暴雨数值预报讲习班”,向全国推广,取得成功。可以说这是大气物理所的理论研究和实际天气预报相结合的一个成功典范。这一成果已被写入《中国之暴雨》这本专著中,并发表在一系列研究论文中。1989年“暴雨数值预报模式及其业务应用”获得国家科技进步二等奖,使当时中国科学院大气物理研究所对暴雨的研究工作,处于国内外的先进行列。

  (三)我国中小尺度天气动力学及其数值预报研究的奠基人之一

  周晓平先生克服各种困难,先从对流和暴雨研究入手,扩大和深入开展中尺度天气动力学和模拟研究。他最早注意到直接产生暴雨的是中尺度系统,尤其关键的是β中尺度系统(水平尺度20-200公里)。可是当时科学界对β中尺度系统并不清楚。周先生及其课题组,较细致地对非静力平衡模式与静力平衡模式作了比较,指出:静力模式将产生虚假的高频重力波,夸大能量的传播速度,并部分歪曲低频惯性波的结构,这对中尺度数值模拟及预报,以及对细网格的天气尺度系统预报都是不利的,因此,他指出对于较小的β中尺度系统而言,使用非静力模式十分必要,尽管它比静力模式要复杂得多。同时,周晓平先生还率领其团队完成了短时风暴数值预报模式的研究,发展了一个旨在用于β中尺度系统研究和预报对流风暴的数值预报模式,其动力学框架是三维非静力可压缩的完全弹性模型,对声波采用时间分离求解,并对阻尼和压缩方法进行了有效的处理。该模式能抓住对流风暴系统的主要特征,可作为临近业务数值预报模式的基础,并获得了一批试验结果。那时,国际上的MM5、ARPS 和WRF等模式也正在发展,这使我国成为当时世界上具有该类模式和模拟能力的少数几个国家之一。

  (四)务实求真, 对中国灾害天气机理和物理图像作深入剖析

  周晓平先生十分重视实践经验和理论联系实际,他为了了解暴雨天气数值预报的复杂性和问题所在,既关注预报成功的例子,更认真“解剖”预报不成功的个例,他认为,从这里可能找到改进模式的突破点,可以对其发生的环境条件和触发机制开展更深入的研究。为此,他先后组织研究了“中尺度低压系统形成和维持的数值实验”,“梅雨锋上中尺度低压发生的模拟实验”,“非静力平衡大气中的惯性不稳定”,“斜压大气中尺度横波扰动的发展”等课题,使对中尺度系统发生发展的物理图像有了更清晰的认识,尤其注意其合理的物理解释。

  “中尺度”(mesoscale)由于尺度偏小,现有常规气象观测网有时尚难于“捕捉”到,研究难度很大。除暴雨外,冰雹、龙卷、大风等强烈对流天气也常产生严重灾害,也是大气科学和国计民生所亟需解决的问题。人命关天,研究成果要经得起实践的检验。因此,周先生的工作不满足于个例研究,而是要分析和检验一大批降水过程,其发展的东亚地区暴雨数值预报模式就是如此,至少对几百个个例的实时试验结果进行了分析检验。为此他花费了大量精力,只为实用,不为出文章。这种求实严谨的学风,表现出了高度的社会责任感,很难能可贵,堪称楷模。

  (五)啃硬骨头,对地形影响这一关键性难题进行攻坚

  东亚的地形十分复杂。预报中国的降水、暴雨和气象灾害,必须考虑大到青藏高原,小至丘陵等复杂地形地貌的影响。那里的大气运动常常不满足地转平衡,因此,作为数值预报的初值既要计算好风场,又不能以地转风为初值,而用实测风作初值可能使模式要经受巨大“辐合”的冲击,他十分关注和努力探索解决此问题。他专门对著名的“81.7”(1981年7月)四川大暴雨的地形影响作了研究,并进行了成功的模拟。

  (六)密切联系实际,长期深入战斗在基层第一线

  周晓平先生长期深入基层,对一线的气象业务人员十分尊重,建立了良好的合作关系。他一直关注天气学和动力学的结合。他虽然学识贯通中西,但绝不迷信盲从国外已有的结论。他多次强调:当前迫切需要独立自主地建立一个动力与天气相结合的,包含中国在内的东亚季风区的暴雨模型,这不但对于业务数值预报,而且对于研究工作都十分重要。这是一项有相当难度的任务,因而,这需要天气学和动力气象学工作者来共同努力。

  (七)担任领导,为大气物理所的建设和学科发展作出大贡献

  周晓平先生曾担任大气物理研究所副所长,第六研究室(中尺度和对流风暴研究室)主任,为大气物理研究所的建设以及中小尺度天气动力学学科的发展做出了重大贡献。他勤奋工作、教书育人,是国务院早期批准的博导,为国家培养出了一大批的优秀人才,他们一直活跃在国内外的科研和业务领域第一线。

  而今,周晓平先生不幸离开了我们,离开了他为之奉献了毕生精力的气象事业,但他给我们留下了无限的怀念。他远见卓识、思维敏捷、乐观豁达、诚恳待人的宝贵品格,虚怀若谷、光明磊落、成绩斐然、淡泊名利的高尚情操,严谨求实、勇于创新、学而不厌、诲人不倦的治学精神,永远值得我们敬仰和学习。周晓平先生的不幸逝世是我国气象事业和大气物理研究所的一个重大损失,我们深感悲痛。他对我国重大灾害天气、中小尺度天气动力学及暴雨数值预报研究等做出的重大贡献让后人铭记和受益。我们深切缅怀周晓平先生。

  周晓平先生永垂不朽!

 
 
【打印本页】【关闭本页】