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台风动力学的探路者

来源:  发布时间:2017-01-16

本刊记者  孙欣欣

 

  每逢夏季,台风总是肆意“扫荡”我国东南沿海地区,造成巨大的人员伤亡和经济损失。出生于福建福州的陈光华,从小便亲身感受到台风的可怕威力,与其结下了不解之缘。高中毕业后,他考上了南京信息工程大学(前身为南京气象学院)的天气动力学专业。从此,台风不仅仅是他童年记忆里的一道别样风景,更成为他毕生为之奋斗的事业。

  十余年来,陈光华主要围绕台风动力学、热带环流波动力学展开了深入的机理研究。虽然在这个领域我国与世界领先水平还有一定差距,但他就像一位坚定、无畏的探路者,认准目标,不断挑战前行。为了做出更加富有特色的研究工作,他多次到台湾、香港、日本、美国、意大利等地进行交流访问。特别是在擅长台风研究的台湾,他不仅攻读了博士后,还多次受邀到相关的知名高校和研究机构进行学术访问,受益匪浅。

如今,他已成为中国科学院大气物理研究所的一名研究员,作为主持人陆续得到多个国家自然基金委项目的资助。当记者问及为何能够不断涌现出新的研究成果时,他笑着说:“一方面,我们要瞄准一些重大的前沿科学问题来研究;另一方面,科研没有捷径,我们碰到问题时要迎难而上,不轻言放弃。”

 

追根溯源,探寻规律

 

  从专业角度来说,西北太平洋台风实际上是赤道以北、日界线以西、亚洲太平洋国家或地区对热带气旋的一个分级。热带气旋是发生在热带地区海面上的气旋性环流,是地球物理环境中最具破坏性的天气系统之一。按世界气象组织定义,热带气旋中心持续风速达到12级称为飓风或台风。

  侵袭和影响我国东南沿海地区的台风均来自西北太平洋和南海。陈光华主要研究这片区域台风活动规律,考察热带地区多尺度环流系统的特征及其对台风活动的影响。

  “台风活动与热带环流波动有着紧密的联系。实际上,大气环流是一个多尺度叠加的波动系统,虽然看上去很复杂,但它遵循相应的运动学规律,如今能够较为准确地进行天气预报,主要是利用建立在大气运动规律基础上的数值预报产品作为参考。”

  由于台风的生成主要发生在远离陆地的海面上,观测手段十分有限。目前的手段主要通过卫星来进行监测预警。在缺少第一手观测资料的情况下,借助数值模拟的方法进行研究,有助于在内在机理方面揭示台风活动的主要规律。“因为台风活动特征是遵循一定的动力学和热力学规律的,所以我们可以通过数值模式的模拟研究以及相关理论公式的推导,了解台风生成、移动、强度发展,结构变化等活动规律,为国家防灾减灾提供有效的科学指导。”

  2010年,陈光华申请到青年科学基金项目,对“西北太平洋高频波动的季内变化及其对热带气旋生成的调制作用”展开了深入的研究。

  “西北太平洋热带地区存在着多种尺度的波动,其中高频天气尺度波动为热带气旋的生成提供了必要的初始扰动,而季内低频振荡则为热带气旋生成的群发性提供了有利的背景气流和对流条件。以往统计分析已经发现季内低频振荡对热带气旋的生成具有调制作用,但对高频波活动在季内尺度上的演变规律,以及它在低频振荡调制热带气旋生成过程中所扮演的角色还缺乏深入的理解。”

  于是,陈光华通过资料诊断、动力理论和数值模拟,系统地分析了热带西北太平洋地区高频波活动的季内变化特征,着重考察了低频振荡不同位相下,高频波动三维结构、传播特征及其能量演变的差异;针对典型年份,系统分析了热带气旋生成的季内群发性特征,以及在低频振荡不同位相中它与高频波动之间的关联。

经过3年坚持不懈地攻关,他在2012年全面并部分超额完成项目计划书的研究任务和科学目标。该项目的研究不仅深入揭示了西北太平洋热带气旋活动与热带高频波动之间的内在联系,阐明了西北太平洋高频波动和热带气旋受低频振荡调制的物理过程,而且也为西北太平洋区域热带气旋活动的短期气候预测和影响我国台风的监测预报提供了科学的理论指导。

 

瞄准前沿,迎难而上

 

  目前,国际上关于台风活动的研究主要集中于台风的生成、路径、强度以及风雨的分布情况等。其中,台风的路径研究的历史相对较长,其理论基础较为成熟。相对而言,关于台风生成的资料较少,导致其研究比较困难,国际上在这方面的进展也较缓慢。

  “正因为困难很大,所以这方面的研究也具有挑战性,我想通过这方面的研究推动对台风生成方面的认识。尽管美国在这方面的研究处在学科前沿,但是与他们更关注的大西洋飓风相比,西北太平洋的台风生成存在显著差异,所以我想在这方面做得更加有特色一点。”

  在科学研究上,陈光华总是有自己独到的看法。有了正确的方向指引,再加上一颗持之以恒的决心,再大的困难也会迎刃而解。他发现随着研究工作的深入,也伴随产生了新的亟需解决的科学问题,这些科学问题的研究将有助于从天气与气候相结合的角度来揭示季风多尺度环流相互作用影响热带气旋生成的物理过程。

  鉴于在青年科学基金项目执行过程中所获得的突出研究成果,他顺利获得2012年度国家基金委青年-面上连续资助项目的支持,开始了“西北太平洋季风多尺度环流在热带气旋生成中的作用及其数值模拟研究”项目的研究工作。

  西北太平洋处于世界上最显著的季风活动区,同时又是全球热带气旋生成最频繁的海域。大尺度季风环流除了为热带气旋生成提供有利的环境背景外,季风区内与对流耦合的多尺度环流系统之间的相互作用可以通过对流组织化过程使得初始扰动发展成为热带气旋。

  通过大量阅读文献资料,他发现以往主要从气候统计的角度,考察高低频热带波动对热带气旋生成的调制作用,而对于季风多尺度环流相互作用触发初始扰动发展成为热带气旋的过程还缺乏深入的了解。因此,他系统分析了与热带气旋生成相关的季风环流型与多尺度波动之间的最佳配置,考察有利于多尺度波动演变发展成为热带气旋的关键物理因子,从而进一步揭示了季风环流与多尺度波动相互作用引发热带气旋生成的物理过程。该项目的研究不仅有助于理解西北太平洋热带气旋生成的物理机制,也可以为热带气旋生成的预测提供理论指导。

  项目研究过程并非一帆风顺,经常会遇到许多一时难以解决的科学问题,每当分析的结果与预先设想差距较大时,一种挫败感油然而生。这时,他往往会通过运动的方式放松身心,调节大脑。“与其坐着愁眉不展、毫无头绪,还不如把难题暂时搁置,放松减压调整心态。然后换个角度改变思路反倒对问题的解决有事半功倍的效果。”比起长时间熬夜加班和闭门造车,陈光华更喜欢劳逸结合、高效率的工作方式。

  凭借着年复一年的执着探索,陈光华现已发表论文40余篇,其中大部分发表在国外权威的SCI刊物上(包括美国气象学会的《大气科学》《每月天气评论》《气候杂志》),研究成果得到国际同行的认可是对他及其研究团队辛勤工作极大的肯定和鼓励。

  “不想当将军的士兵不是好士兵”,今后,陈光华将继续在这片领域辛勤耕耘,争取从研究领域的“探路者”成长为合格的“引路人”,为学科发展做出更大贡献。

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