他们用30年筑牢我国气象理论根基

2026年，国家自然科学奖迎来70周年。从1956年以中国科学院科学奖金为名首次颁发，到1982年正式更名为国家自然科学奖，作为五大国家科学技术奖之一，它代表着我国自然科学领域的最高荣誉。

时值庆祝中国共产党建党105周年之际，中国科学院档案馆联合中国科学报社、中国科学院相关获奖院属单位，推出《七秩荣光——档案里的国家自然科学奖》专栏，以档案为凭，回溯27项以中国科学院为第一完成单位或主要完成单位的国家自然科学奖一等奖项目，彰显科学价值，重现时代回响，致敬为我国自然科学事业作出卓越贡献的科学家们。

本期获奖课题

1987年度一等奖

“东亚大气环流”

本期档案

▲叶笃正《新中国大气环流的研究进展》论文手稿，该文发表于《科学通报》1959年16期。

▲叶笃正与朱抱真的专著《大气环流的若干基本问题》，右上角有叶笃正写给陶诗言的“陶兄指正作者敬赠”字样。

▲叶笃正与陶诗言的文章《有关西藏高原大气环流影响的若干发现》，该文发表于《科学通报》1960年01期。

▲1978年全国科学大会上的陶诗言（左）与叶笃正。

▲大气所研究人员分析天气图纸。左起为李麦村、叶笃正、陈隆勋、朱抱真。

“陶兄指正作者敬赠”。

在中国科学院大气物理研究所（以下简称大气所）的档案柜中，一本1958年出版的专著《大气环流的若干基本问题》的扉页上，留存着这样一行手书字迹。

手书人，是中国科学院院士、大气所研究员、国家最高科学技术奖获得者、这本专著的作者之一叶笃正。“陶兄”指的是中国科学院院士、大气所研究员陶诗言。叶笃正精研大气动力学理论，陶诗言深耕天气学预报实践。二人年龄相仿，在研究中互补长短、默契十足，在长达半个多世纪的合作经历中结下深厚的友谊，平日里常以“陶兄”“老叶”互称。

20世纪50年代起，在这两位亦兄亦友的研究者的带领下，中国科学院地球物理研究所（以下简称地球所）气象研究室（注：1966年，气象研究室从地球所分出成立大气所）对东亚大气环流开展了系统性研究。《大气环流的若干基本问题》，便诞生于这一时期。

30年后，“东亚大气环流”系列成果摘得1987年度国家自然科学奖一等奖。依托三本专著和30余篇学术论文，研究人员系统地揭示了东亚气候特征。他们提出的气候突变概念、亚洲大陆和青藏高原对北半球大气环流的作用、阻塞高压在持续异常天气中的重要性等，至今仍在我国气象预报中被广泛运用。

01

开创性的起步

“朝霞不出门，晚霞行千里”“日晕三更雨，月晕午时风”……

为了预测多变的天气，我国古人基于经验总结出一系列谚语。即便如此，很多时候也不得不感叹“天有不测风云”。

在20世纪50年代初期，我国气象事业基础薄弱，天气与气候预报仍停留在半经验阶段，在没有雷达、卫星等先进设备的情况下，预报员仅凭地面观测站的信息发布天气预报。同时，由于中国的气象变化独具地域特征，国外的预报方法无法直接照搬使用，建立中国自己的天气预报体系迫在眉睫。

1950年，34岁的叶笃正搭乘“威尔逊总统号”从美国学成回国，并加入同年成立的地球所。同年冬天，中央军委气象局与地球所联合组建联合资料中心（联资），及联合天气分析预报中心（联心），叶笃正和陶诗言分别参与并负责联资和联心的工作。

当时，联心扛起了为抗美援朝战争提供气象保障的重任。军事气象预报要求绝对保密，摩斯密码加密的气象码让预报工作量很大，但联心的预报员与填图员坚持做到了每日向朝鲜前线报送气象预报信息。

火线实践中，联心逐步搭建起中期天气预报业务，多次精准预报国内暴雨、台风等灾害性天气过程。不过，1953年3月的一场大寒潮敲响了一记警钟，多地农业生产遭遇重创，高粱、豌豆、冬小麦大面积冻伤冻死。

“其实那个时候是报了寒潮，但是我们没有报道降温降到零度。”陶诗言后来坦言，在当时气象资料极为匮乏、技术落后的情况下，的确很难达到准确预报的水平。但这次失败还是让彼时作为联心副主任的陶诗言吃不好、睡不好。他痛切地认识到，天气预报不能只报模糊概念，而要报出具体情况。

想要依托客观定量方法精准预判未来天气与气候演变的具体情况，必须对控制大范围大气运动的物理过程有深入了解。

1955年，陶诗言结束了在联心的任务，加入叶笃正带领的研究组继续攻关。面对国家对气象科学的紧迫需求，叶笃正提出了两个研究课题：一是影响中国的天气系统有哪些，二是控制中国天气的环流怎样发生、发展。这便是“东亚大气环流”研究的起点。

当时，国内的学术研究与国际交流渠道并不通畅。但在1957年，一篇研究论文震惊了西方气象学界：由叶笃正、顾震潮和陶诗言合著的《东亚大气环流》的英文论文在《大地》杂志（Tellus）分三期发表。在这项成果中，他们阐明冬季和夏季不同经度的风和温度在垂直方向和南北方向的分布，厘清冬夏环流的平均结构。国际气象学界认为，这篇论文的发表打破了当时国际学界对中国科研发展的信息壁垒，让世界系统性了解到中国气象领域的原创研究成果。

第二年，叶笃正与朱抱真出版《大气环流的若干基本问题》一书，系统地讨论了北半球大气环流的特征和大气环流变化的基本因子。该书被国际公认为大气环流动力学的重要早期著作。

陶诗言当时直言：“我们一直跟着跑，并没有落后（世界）多少。”

02

建立新学科

1950至1966年间，气象研究室的研究领域不断扩大，研究团队在原有天气动力学和气候学基础上，壮大成为拥有大气物理学、大气电学、大气湍流、数值预报、大气探测、云雾降水物理、人工影响天气等新分支学科的综合性队伍。当时，研究室设有一个天气会商室，科研人员每周都在这里相聚，学习国外先进方法、绘制天气图、分析数据。

“我国气象事业有如雨后春笋一般地开展了起来。”在一费酞庆祝新中国成立十周年的题为《十年来我国大气环流的研究进展》的手稿中，叶笃正这样写道。这一时期，围绕东亚寒潮路径、西太平洋副热带高压、梅雨季、江淮持续性旱涝、台风移动路径等典型天气系统的一系列研究相继取得突破性进展。

其中值得一提的，是1958年由叶笃正、陶诗言等人开创性提出的季节突变理论：每年的6月和10月，大气环流会发生急剧变化，在几天之内，西风急流能够不连续跳跃10个纬度以上。基于这一突变现象，他们将一年划分成冬夏两个自然季节——这是二人合作的典范。

此外，1953年大寒潮预报的失误，促使陶诗言对寒潮活动路径进行深入研究。1961年，由叶笃正、陶诗言、朱抱真、杨鉴初、陈隆勋共同完成的《北半球阻塞形势的研究》发表，论证了阻塞高压对持续异常天气预报的重要性，在日后大幅提高了我国冬季寒潮暴发的中期预报准确率。

除了厘清东亚大气环流的基本事件，研究人员还把目光投向青藏高原。

气流遇到障碍物，必须从上面翻过去或从两旁绕过去。对于解析东亚大气环流而言，世界上最高、地形最复杂的青藏高原就是一道不可忽视的“障碍”。受青藏高原地形强迫作用，东亚大气环流受季风的影响十分剧烈，其形成也受大气冷热源分布影响，因而极具特殊性。

20世纪50年代前，与青藏高原气象相关的研究一般都着眼于高原的动力强迫作用。地球所气象研究室研究决定从动力气象学、气候学、天气学三个方面切入，揭示青藏高原对东亚大气环流结构形成的动力和热力作用。

对于青藏高原是热源还是冷源这一核心问题，团队开展了缜密数值计算。1957年，研究人员计算发现，6000米以下高原地区在夏季是热源，冬季除高原东南部外整体为冷源。

步入70年代，大气所建立大气环流物理模拟实验室，持续围绕青藏高原热力、环流特征、高原对流系统作用、高原大范围垂直环流场等课题深入探索。70年代末期，由叶笃正、高由禧等著，全书37万字的《青藏高原气象学》出版，正式标志着青藏高原气象学这一气象学新兴分支学科的诞生。

青藏高原气象学的研究成果还使得国际上接受了大地形热力作用的概念。《美国气象学会通报》曾评价道：“在此前，人们主要把高原作为动力机械强迫来对待。他（叶笃正）在世界上第一个确认青藏高原的热力效应，并且用数学方法加以表述。”

03

集体工作的结晶

时间来到1978年，这是中国科学界意义非凡的一年。

3月，被誉为“科学的春天”的全国科学大会顺利召开。这场盛会上，叶笃正、顾震潮、陶诗言、朱抱真、谢义炳、李麦村的成果《东亚大气环流的研究》获得全国科学大会奖。彼时，大气所在气象变化机理方面已有扎实积累。也是这一年，国家做出建立中国数值天气预报业务系统的决策。

1980年，大气所与北京大学地球物理系、中央气象台成立联合数值预报室，将东亚大气环流研究的系列成果在实践中应用。两年后，中央气象台按此模式首次作出72小时数值天气预报，验证了这套预报体系的可靠性。同一时期，陶诗言领导的研究小组进一步推动了数值预报中卫星云图信息的应用。天气预报越来越准确、手段越来越便捷。

1987年，大气所梳理了东亚大气环流的系列成果，申报国家自然科学奖二等奖。次年召开的国家科学技术奖励大会上，该项目获评国家自然科学奖一等奖。

以二等奖申报，或许是出于审慎和谦逊，但“提档”摘得一等奖，足以印证这项基础研究的重大科学价值。从二等奖到一等奖的跨越，也许并不“意外”：依托海量天气图与严谨理论推导形成的东亚大气环流理论，在数十年防灾减灾、气象预测工作中落地验证，既是我国天气气候分析的核心理论框架，也补上了全球大气科学版图里至关重要的一环。

奖状上，是四位主要完成人的名字：叶笃正、陶诗言、朱抱真、陈隆勋。四人在气象业务上各有所长——叶笃正的大气动力学理论功底深厚，陶诗言擅长观测事实的分析，陈隆勋深耕东亚季风系统研究，朱抱真带领研究小组建立我国首批数值预报模式。在合作中，他们共同完成了青藏高原气象学、阻塞高压、东亚天气系统等研究。

而在四位获奖者看来，这份荣誉，属于整个研究团队。

1957年，英文论文《东亚大气环流》在《大地》发表时，署名仅标注“集体（staff members）”；在《大气环流的若干基本问题》一书准备出版时，叶笃正仔细审阅并一一注明，哪一张表是在谁的帮助下计算而得、哪一张图由谁绘制、哪一个问题由谁在讨论会上发言提到……

这样的事例不胜枚举。这些老科学家从不独享科研荣誉，始终铭记并尊重每一位参与者的付出。后人回忆，老先生们总是非常团结、目标一致且相互支持。作为大气所最早一批前辈导师，叶笃正与陶诗言二人惺惺相惜的搭档情谊，也凝聚在大气所代代传承的协作精神之中。

其实，叶笃正比陶诗言大几岁，却仍以“陶兄”称呼陶诗言。而陶诗言除了亲切地叫叶笃正为“老叶”，也会与他人说叶笃正是他的“畏友”，并特意解释，“畏”并非畏惧，在古文中是“最值得尊敬的朋友”的意思。

在1978年那场“科学的春天”大会上，一张照片曾定格叶笃正与陶诗言互动的瞬间：二人正认真地阅读一份资料，他们目光落在同一处，神情专注，一如多年来在实验室里核对气象数据、分析天气图时那样。

（支持单位：中国科学院大气物理研究所）

参考资料：

1.叶笃正、陶诗言、朱抱真、陈隆勋：《东亚大气环流》国家自然科学奖申报书

2.周家斌、浦一芬：《求真求实登高峰——叶笃正》，新华出版社

3.陈正洪、杨桂芳：《胸怀大气：陶诗言传》，中国科学技术出版社、上海交通大学出版社

4.张巧玲：《东亚大气环流：推进中国数值天气预报》，发表于《科学时报》

5.1928-2001年中国科学院大气物理研究所大事记