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吳國雄

中文名:吳國雄

國籍:中國

出生地:廣東潮陽

出生日期:1943年3月職業:大氣動力學和氣候動力學家

畢業院校:南京信息工程大學

中國科學院院士大氣動力學和氣候動力學家

吳國雄,大氣動力學和氣候動力學家。 1943年3月出生於廣東省潮陽縣(今潮陽市)。現任LASG學術委員會主任,國際氣象和大氣科學協會(IAMAS)主席,世界氣候研究計劃聯合科學委員會委員,國際“氣候變化和可預報性計劃(CLIVAR)”科學指導小組成員,Adv. Atmos. Sci.主編,Climate dynamics編輯。

中科院院士、大氣動力學和氣候動力學家

吳國雄,廣東潮陽人,中共黨員。 1961年中學畢業後考入南京信息工程大學(原南京氣象學院),學習天氣和動力氣象專業,1966年畢業。 1967-1978年任甘肅省氣象局天氣預報工程師。 1980-1983年到英國倫敦大學帝國理工學院物理系學習,獲物理學哲學博士學位。隨後,作為訪問科學家在英國歐洲中期天氣預報中心工作。 1984年底回國後在中國科學院大氣物理研究所工作,翌年晉升為研究員,1989-1991年在美國普林斯頓大學地球流體實驗室任高級研究教授。 1993年起任現職。 1997年當選為中國科學院院士。 2008年獲“何梁何利基金科學與技術進步獎”。 2012年當選英國皇家氣象學會榮譽會員。

研究成果

吳國雄作為中青年科學家,在天氣和氣候領域的研究中取得了系統性、創造性的成果。

在國際上首創傾斜渦度發展(SVD)理論

旋轉地球上無摩擦絕熱大氣位渦守恆,由Rossby在30年代發展起來的這一理論,成為天氣、氣候動力學的基本核心理論。但長期實踐表明,不論是Rossby位渦,還是等熵位渦(IPV),其在中低緯度,尤其在大氣中的應用有很大的局限性,且在等熵面上也不守恆。這個問題一直困擾著大氣界。吳國雄經過長期研究攻克了這一難題,並創立了SVD理論。

在證得不僅包括傳統的動力作用,而且包括新的作用的全型垂直渦度傾向方程的基礎上,第一次證得各熱力因子對渦度發展的貢獻具有總體性特徵。並證明,在急劇發展的天氣過程中,上述熱力因子對垂直渦度發展的貢獻要比傳統上考慮的動力因子的貢獻大一個量級。

重要貢獻

證明Rossby位渦和IPV在等熵面上的上的守恆是由於等熵面傾斜分佈所致。證明儘管位渦水平分量是一個小項,但對垂直渦度的發展起著關鍵性的製約作用。由此,建立了"盒子定理","外切平面定理",並創立了完整的"傾斜渦度發展"(S VD)理論,證明當質塊沿著傾斜的等熵面下滑且滿足確定的條件時,其垂直渦度將發展。當等熵面很陡時,SVD可以變得非常劇烈,引起天氣系統的猛烈發展。他指出,中緯度地區等熵面呈傾斜分佈,因此是SVD的常發地區。在夏季,青藏高原邊緣地區等熵面非常陡立,在那裡SVD對其形成的貢獻要比傳統考慮的輻合項的貢獻大一個量級。該工作的部分結果作為美國核心刊物《海洋和大氣動力學》的特邀文章,被審稿者和主編認為是重要貢獻。

證明創新的原始方程中的無加速定理

證明創新的原始方程中的無加速定理以及大氣運動的動力強迫和熱力強迫的調配率

國外已有的大氣環流統計是根據分離時均和時變運動進行的。吳國雄系統地分析了不同空間尺度大氣運動對全球大氣角動量、熱量和水汽的輸送過程和收支的貢獻,以及它們的空間分佈及年變化。在此基礎上,他揭示了平均經圈環流在大氣角動量和熱量收支,以及地表風維持中的重要作用。並首次證明大氣的動力強迫和熱力強迫的不可分性:兩者滿足一個由靜力穩定性、慣性穩定性和斜壓性共同確定的調配率。

國外關於無加速定理的研究採用準動機轉框架,只考慮了波動的內強迫對平均流的作用。吳國雄首次發展的原始方程中的無加速定理,不僅考慮波動內強迫,還考慮平均經圈環流,以及地形之成為一個完整的體系。

研究應用

此外,他還繫統地分析不同波數域中的干濕空氣的EP剖面及其變化特徵,揭示水汽的輸送和相變對波流相互作用的影響。揭示水平折射指數及垂直臨界波數的時空變化,及定常波傳播的運動學特徵,系統地揭示了大氣定常波運動的一般規律及其對大氣環流的貢獻。

基於上述理論還發展了一套診斷數值預報模式及大氣環流模式的特徵參量及系統誤差的工具,已被業務和研究部門應用。

開展創新性氣候動力研究

開展創新性氣候動力研究,揭示中高緯和熱帶海氣相互作用差異的機理及厄爾尼諾影響颱風頻率的機制

他首次用GCM揭示海表溫度異常(SSTA)通過大氣環流異常影響颱風生成頻率及ENSO影響大樣西北部颱風生成的機制。上述論文在國外發表後得到廣泛的應用。美國Broccoli和科學院院士Manabe,國際動力氣象專家Emannual,德國馬普氣象研究所主任Bengtsson,以及澳大利亞、印度等國的科學家指出其結果與觀測相符,稱讚其"找到了聯接ENSO影響颱風發展的大氣環流變化的條件"。 《美國氣象學會公報》發表題為《引導當代大西洋颱風預報的歷史性進展》的文章中,用突出、重複的黑標題體,高度評價這一成果為"新觀念",並把這類新觀念的出現劃分為本世紀該領域具有主要科學貢獻的第四個階段。

利用旋轉主分量(RPC)方法得到了全球冬夏季SSTA的空間分佈型及時間演變特徵。結合理論分析首次證明海-氣相關在高緯和低緯的顯著不同的機制。指出中高緯暖性SSTA上空850hpa為暖性反氣旋環流異常是由於那里大氣的強地轉性和斜壓性所致。基此,他系統地研究了冬季和夏季北太平洋和北大西洋地區的SSTA分佈型及其和大氣的相關,證明了​​上述中高緯海氣相關特徵是一種普遍現象,為利用SSTA進行氣候預測提供了理論基礎。

系統研究大地形的動力和熱力作用

系統研究大地形的動力和熱力作用對天氣氣候的影響,首次證得區分地形不同作用的"臨界地形高度",指出亞洲季風爆發應分為三個階段


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