从东亚环流突变到全球变化研究
——叶笃正院士毕生耕耘不息

高登义

叶笃正院士已经 92 周岁高龄了，每当和他谈起大气科学的研究问题，言谈话语中你不会觉得是在与一位耄耋老人交谈，他那敏锐的思维、高瞻远瞩的观点，以及言之有序的表达令你耳目一新。当然，作为学生，有时也会与老师争论问题，但他总能以平等的态度与学生讨论甚至争论。

老师一生为我国和世界大气科学事业作出了卓越的贡献，获得过包括国际气象组织奖和全国科技成就最高奖在内的许多奖励，但在不久前他还专门找我和另一位同事谈话，并让我们带上录音机。显然这是很慎重的谈话。他近 3 个小时谈话的中心内容是：叶笃正一生是为我国大气科学事业做了点事情，但叶笃正并不像报道的那么好，也有很多“不好”的地方。在学生面前，他老人家诚恳地回忆起从求学、参加抗日革命，到走上科学研究道路过程中一件件鲜为人知的自己“不好”的事情以及教训。这里我不介绍老人家的谈话内容，但从中可以看出一位科学家的可贵品德：求真务实！也许这正是他老人家在大气科学研究上能够取得辉煌成就的秘诀吧！

发现东亚环流突变现象

1958 年，叶笃正与陶诗言、李麦村合作，在《气象学报》上发表了题为“在 6 月和 10 月大气环流的突变现象”的论文，首次指出东亚和北美大气环流的季节变化（从夏到冬、从冬到夏）不是渐进的，而是急剧变化的，尤其是东亚大气环流的季节变化远比北美大气环流的季节过度更快、更突然。这一发现不仅对天气预报有重要意义，而且为短期气候预测提供了物理依据。1959 年，他们三人又在《世界气象大师Rossby教授纪念刊》上以“6 月和 10 月北半球环流突变”为题用英文再次向世界介绍了东亚和北美大气环流季节变化的突变现象，并在两次国际气象学术交流会上作了大会报告，引起了世界气象学界的极大关注。

叶笃正教授他们的上述发现为什么会引起世界气象学界的极大关注呢？第一，这是在世界上第一次发现北半球大气环流季节变化突变规律，是认识大气运动规律的重要内容之一，也是短期气候预测的物理基础；第二，罗斯贝（Carl-Gustaf Rossby）教授关于大气运动的长波公式揭示了大气运动的基本规律，是世界气象学发展历史上的第二个里程碑（第一个里程碑是挪威气象学家的欧洲锋面模式，揭示了天气学的基本规律），他是世界气象学发展历史上的一代宗师，他的纪念专刊当然为世界气象学界所瞩目。另外，还有一个小秘密，叶笃正是罗斯贝教授的得意门生，是以罗斯贝教授为代表的芝加哥学派的主要成员之一。

叶笃正教授他们的这一发现并不是件轻而易举的事情，而是以叶笃正教授为代表的中国气象学家多年专注于东亚大气环流研究，尤其是对我国天气气候影响较大的青藏高原气象学研究的结果。他们的发现指出，东亚大气环流突变除了是大气环流自身的规律外，青藏高原对于它的动力和热力作用更加剧了东亚大气环流的突变性质，是使其比北美大气环流季节变化更为剧烈的原因。

那么，叶笃正教授他们的这一发现有什么实用意义呢？比如，要知道东亚雨季何时开始，就得首先知道位于青藏高原南侧的南支西风急流何时向北突然跳到青藏高原上空和北侧；要知道东亚雨季何时结束，就得知道位于青藏高原北侧的西风急流何时退到高原南侧。就是说，要首先知道东亚大气环流何时开始突变。雨季的开始与结束与农业、国民经济和人类生活都密切相关。再说一个小的事情，你要知道什么时段适宜去喜马拉雅山脉登山，就必须首先知道那儿的雨季何时开始和结束，因为在雨季是很难在青藏高原南侧的喜马拉雅山脉登山的。当然，仅仅知道这一点还远远不够。叶笃正教授在东亚大气环流研究方面的发现还有很多。比如，研究发现了东亚阻塞高压变化规律及其对我国和世界天气的影响、研究发现了青藏高原对大气环流和天气系统的影响等，这些研究成果对于天气预报都很有重要的指示作用，这里就不一一列举了。

中国科学院前院长卢嘉锡院士曾为叶笃正先生 80 华诞亲笔题写一副对联，其上联是“叶茂根深东亚环流结硕果”，一方面概括了他老人家前半生在东亚环流研究方面的重要成果，另一方面也褒奖了以叶笃正先生为代表的中国大气科学研究状况的根深叶茂（当然，也暗含了叶笃正先生的姓在其中了）。

倡导全球变化研究

20 世纪 80 年代，在叶笃正先生等科学家的倡导下，国际上兴起了全球变化研究。什么是全球变化研究呢？就是把地球的各个部分（大气、水、冰雪、陆地、生物）作为一个整体，研究其中各种过程的相互作用，从而进行全球气候环境演变研究。它的最大特色之一是把地球上有生命的过程和无生命的过程有机地结合起来，同时强调了人类活动对全球气候环境变化的影响。这是迄今为止地球科学最大、最复杂的一项国际合作研究项目。

叶笃正教授是一位气象学家，但他又不局限于经典的气象学研究范围，只研究全球大气运动规律，而是把大气运动与整个地球及地球空间联系起来研究，这是他在气象学界的与众不同之处。比如，气候环境为什么会变化，气候环境如何变化，它们与地球的陆地表面、海域状况、冰雪分布、地表生物状况等有什么关系，它们与人类活动有什么关系，气候异常变化与环境异常变化有什么关联，人类如何适应气候环境的变化……他把气象学家专注于大气运动的眼光转换到专注于上述研究问题上来。

在全球气候环境变化研究中，叶笃正及其学生专注于气候环境变化的早期信号问题。他们从一些气候环境历史资料演变中，提出气候和植被过渡带（如北半球中纬度地区）是全球气候和环境变化最敏感的地区，全球气候环境的变化应在这样敏感的地区先开始。这个观点已在全球变化研究中逐渐深入，一旦从中发现新的变化规律，会对全球气候环境预测提供新的物理依据。

叶笃正教授和他的学生还从北半球环流季节变化突变规律的启示中，发现北半球夏季的气候状况（如地面降水、气温和海温等）有 10 年尺度的突变现象：就是说，在每 10 年前后，北半球夏季降水量的多少、气温的高低等有一次突然由多（少）到少（多）或由高（低）到低（高）的变化。另外，他们又发现，气候旱涝的变化过程不仅有 10 年尺度的突变，还有 100 年及 100 年以上时间尺度的突变。他们据此提出大气运动的变化有不同时间尺度的突变现象：从北半球大气环流的季节突变到 10 年尺度的降水突变，进而到 100 年及 100 年以上时间尺度的旱涝突变现象。这为短期气候和长期气候演变预测提供了新的物理依据。

叶笃正倡导有序的人类活动，倡导研究人类适应气候环境变化的问题。他认为，人类不按照自然规律的无序活动已经严重破坏了自然环境，给全球气候环境变化带来难以挽回的损失。比如，人类曾以“征服自然”的观念去随心所欲地改造大自然，像乱砍伐森林、乱开垦土地、无限制地牧放、无限制地排放温室气体等，加剧了气候变暖、破坏了地球生态与环境状况等。这些都必须尽快改变，必须尽快研究发现人类如何适应气候环境变化的规律。叶笃正和其他科学家关于人类有序活动和适应气候环境变化研究的倡导不仅得到科学界的响应，也得到我国和其他国家政府的支持，并逐渐为更多人所接受。世界逐渐走向适应气候环境变化的有序人类活动时期。

叶笃正教授深知全球变化研究是多学科、多国家综合研究的系统工程，因此积极呼吁、组织国内外多学科的专家开展国际合作，研究全球变化问题。在他的倡导下，中国全球变化研究迅速发展，在国际上占有了一席之地。由于中国对全球变化研究的贡献，国际全球变化的分析、研究和培训系统（START）在东亚筹建了“东亚全球变化区域委员会”，秘书处设在中国，挂靠在中国科学院大气物理所，由此又成立了“全球变化东亚区域研究中心”。这些都为全球气候环境变化研究打下了坚实的组织基础。

中国科学院前院长卢嘉锡院士为叶笃正先生 80 华诞所题写对联的下联“学笃风正全球变化创新篇”，一方面肯定了老师在全球变化研究方面创造了新的篇章，同时也褒奖了老师在治学方面笃学不倦、学风正派的优良品德。当然，老师的名字笃正也寓于其中了。