郭曉嵐 - 簡(jiǎn)介
華裔美籍氣象學(xué)家。1915年1月7日生于中國(guó)河北滿城。1937年清華大學(xué)畢業(yè)。1940年考取浙江大學(xué)史地研究所涂長(zhǎng)望先生的研究生,1943年碩士畢業(yè)后回到氣象研究所工作，1945年赴美國(guó)芝加哥大學(xué)學(xué)習(xí)，1945年赴美。1948年獲美國(guó)芝加哥學(xué)博士學(xué)位，1962年以后任該校教授。他在博士論文《正壓大氣二維無輻散流的動(dòng)力不穩(wěn)定性》中給出的“正壓不穩(wěn)定性判據(jù)”（見大氣動(dòng)力不穩(wěn)定性）為國(guó)際上普遍接受。1965年提出積云對(duì)流參數(shù)化方案，1974年對(duì)它進(jìn)行了修正。這個(gè)方案被廣泛的應(yīng)用，并在以后的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和動(dòng)力氣象學(xué)文獻(xiàn)中，統(tǒng)稱為“郭氏參數(shù)化方案”。
此外，郭曉嵐對(duì)大氣環(huán)流、斜壓動(dòng)力不穩(wěn)定性、熱帶氣旋的生成、大氣和地表的相互作用、大氣輻射等大氣動(dòng)力學(xué)問題進(jìn)行多方面的研究，由于他在大氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)研究中的成就，1970年獲美國(guó)氣象學(xué)會(huì)羅斯比研究獎(jiǎng)?wù)隆Ｋ闹饕撐倪�有：《斜壓緯圈氣流中的三維擾動(dòng)》（1952）、《大氣中的強(qiáng)迫經(jīng)圈環(huán)流和自由經(jīng)圈環(huán)流》(1956)《對(duì)流性渦旋和其眼生成的動(dòng)力學(xué)》(1959)、《環(huán)型對(duì)流和非線性熱傳遞方程的解》(1961)和《一個(gè)準(zhǔn)一維的考慮對(duì)流凝結(jié)加熱和混合作用的積云模式的參數(shù)化》(1980)。
郭曉嵐 - 經(jīng)歷
1912年1月27日，出生于中國(guó)河北滿城縣張辛莊村。因家境貧寒，中等教育完成后便回家務(wù)農(nóng)。1929年夏，以優(yōu)異成績(jī)考入保定第二師范學(xué)院。
1932年，考入清華大學(xué)數(shù)學(xué)系。1933年，轉(zhuǎn)入清華大學(xué)地球物理系。1937年，畢業(yè)于清華大學(xué)，獲得理學(xué)士學(xué)位。后就讀國(guó)立浙江大學(xué)，師從中國(guó)氣象學(xué)宗師竺可楨，于1942年獲得理碩士學(xué)位。1945年赴美國(guó)留學(xué)，就讀于芝加哥大學(xué)，師從芝加哥大學(xué)氣象學(xué)派創(chuàng)始人，國(guó)際氣象學(xué)泰斗羅斯比教授（Carl-Gustaf Rossby）。1948年獲得芝加哥大學(xué)地球物理哲學(xué)博士。
后在麻省理工學(xué)院颶風(fēng)研究中心擔(dān)任高級(jí)研究員，并最終升任中心主任。1962年，回芝加哥大學(xué)任教，擔(dān)任地球物理學(xué)教授。
1970年獲美國(guó)氣象最高榮譽(yù)獎(jiǎng)－羅斯貝獎(jiǎng)。他學(xué)識(shí)淵博，成績(jī)卓著，在氣象界諸多領(lǐng)域做出了創(chuàng)造性的成績(jī)。曾4次(1973、1979、1986、1992年)應(yīng)中國(guó)科學(xué)院邀請(qǐng)回國(guó)講學(xué)或參加學(xué)術(shù)性會(huì)議。1979年，郭曉嵐的《大氣動(dòng)力學(xué)》(江蘇科學(xué)技術(shù)出版社出版)一書供氣象、海洋研究人員、高校有關(guān)教師學(xué)習(xí)參考，他還兼任“中央研究院”院長(zhǎng)。2006年5月6日郭曉嵐院士在芝加哥逝世，享壽91。
郭曉嵐 - 成就
1970年，獲美國(guó)、國(guó)際氣象學(xué)界最高榮譽(yù)獎(jiǎng)—羅斯比獎(jiǎng)?wù)隆?/p>
學(xué)術(shù)成就
一、大氣動(dòng)力學(xué)
郭曉嵐對(duì)大氣動(dòng)力學(xué)方面的貢獻(xiàn)，包括大氣不穩(wěn)定理論，大氣環(huán)流形成和大尺度熱力環(huán)流理論，中尺度對(duì)流動(dòng)力學(xué)和渦旋動(dòng)力學(xué)理論，低緯和熱帶動(dòng)力學(xué)理論以及地氣相互作用動(dòng)力學(xué)理論等。
1、大氣不穩(wěn)定理論
郭曉嵐有關(guān)大氣不穩(wěn)定理論的論文有很多。他研究了“正壓大氣中兩維無輻散流的動(dòng)力不穩(wěn)定”，指出當(dāng)強(qiáng)西風(fēng)氣流隨緯度變化時(shí)，沿強(qiáng)西風(fēng)運(yùn)動(dòng)且相速度在西風(fēng)最大和最小速度之間的普通波長(zhǎng)的波動(dòng)和氣旋波可能會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定。當(dāng)波動(dòng)為不穩(wěn)定時(shí)，在最小絕對(duì)渦度點(diǎn)以南的槽線由東南向西北傾斜，在最大渦度點(diǎn)以北的槽線由西南向東北傾斜。在“熱帶大尺度擾動(dòng)的不穩(wěn)定理論”研究中，郭曉嵐解釋了熱帶對(duì)流層和低層平流層中探測(cè)到的幾種大尺度波動(dòng)的存在原因。即波狀擾動(dòng)處于熱帶大氣中條件性不穩(wěn)定的輻合場(chǎng)中，并有源源不斷的地面蒸發(fā)提供水汽，從而變得不穩(wěn)定之故。郭曉嵐還研究了熱帶地區(qū)既有水平切變又有垂直切變的切變帶和急流型平均流的不穩(wěn)定。結(jié)果表明，不穩(wěn)定的主要來源是水平切變，平均垂直切變和穩(wěn)定的層結(jié)無論在高層還是低層都限制擾動(dòng)的發(fā)展。在距離赤道6°—10°的地帶，急流型廓線最不穩(wěn)定，擾動(dòng)的最大強(qiáng)度發(fā)生在平均流絕對(duì)渦度較小的急流一側(cè)，從而決定了ITCZ的平均位置。在“大氣中線性和急流型廓線的斜壓不穩(wěn)定”一文中，研究了冬季45°N和60°N間盛行的雙急流和單急流廓線的斜壓不穩(wěn)定。發(fā)現(xiàn)這些廓線對(duì)所有對(duì)流層波動(dòng)都不穩(wěn)定。雙急流廓線的不穩(wěn)定特征幾乎完全取決于對(duì)流層高層的切變。至于在60°N平流層的單急流廓線，只有在急流最大速度超過40 m/ s時(shí)才是充分不穩(wěn)定的。這種高層的不穩(wěn)定超長(zhǎng)擾動(dòng)會(huì)使溫度發(fā)生大的變化，因此，很可能是平流層晚冬突發(fā)性增暖的原因。郭曉嵐對(duì)U分量隨高度線性變化或有不同切變，低層V分量有急流形式的大氣中的不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)行研究后指出，U分量不穩(wěn)定時(shí)激發(fā)出的中尺度擾動(dòng)在x方向的波長(zhǎng)很大，有對(duì)稱性，在y方向波長(zhǎng)很小。低層V分量不穩(wěn)定性激發(fā)的波動(dòng)有兩個(gè)分隔的最不穩(wěn)定擾動(dòng)。
除了大氣不穩(wěn)定，郭曉嵐還討論了赤道地區(qū)海氣耦合系統(tǒng)中緩慢波動(dòng)的不穩(wěn)定性質(zhì)。結(jié)果表明，在海洋和大氣中快速運(yùn)動(dòng)的重力波和混合Rossby重力波都幾乎不受海氣耦合作用的影響，只有慢速運(yùn)動(dòng)的Rossby波受影響很大，東西向的SST平流使所有海洋Rossby波不穩(wěn)定，而南北向的平流使大氣和海洋中的Rossby波均不穩(wěn)定。指出，在海氣相互作用中，涌升流和平流是十分重要的。
2、大氣環(huán)流形成和大尺度熱力環(huán)流
憑借深厚的數(shù)學(xué)功底，郭曉嵐先生在此領(lǐng)域的理論研究中作出了杰出的貢獻(xiàn)，接連發(fā)表了多篇高水平論文，深入研究了東西風(fēng)帶，大尺度槽脊系統(tǒng)和平均經(jīng)圈環(huán)流等的形成原因及其與渦度和動(dòng)量的渦動(dòng)輸送，摩擦耗散，垂直風(fēng)切變和溫度層結(jié)等影響因子的關(guān)系。他在研究大氣中的渦旋運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在北半球，渦旋周圍流體中的渦度分布會(huì)產(chǎn)生一個(gè)水平的力施加于渦旋，使氣旋性渦旋向絕對(duì)渦度較高的地區(qū)運(yùn)動(dòng)，反氣旋向絕對(duì)渦度較低的地區(qū)運(yùn)動(dòng)。因此，氣旋向北移動(dòng)，反氣旋向南移動(dòng)。但是，水平力在某些地區(qū)會(huì)在相反方向上起作用，在對(duì)流層高層形成切斷的低壓和高壓。他還發(fā)現(xiàn)輻散的影響比起上述提到的渦度分布作用力的效應(yīng)要小。這些效應(yīng)與總角動(dòng)量守恒原理，解釋了為何大氣中存在西風(fēng)帶和東風(fēng)帶。他還從大氣擾動(dòng)對(duì)渦度輸送的觀點(diǎn)，討論了大氣帶狀流發(fā)展和維持的機(jī)制。由于擾動(dòng)本身有渦度集中區(qū)，不能在一個(gè)不均勻的絕對(duì)渦度場(chǎng)中處于平衡態(tài)，它們會(huì)被其它緯度來的氣團(tuán)所擠走。造成反絕對(duì)渦度梯度的渦度輸送，在擾動(dòng)活躍的地區(qū)內(nèi)渦度的經(jīng)向梯度增加，其外減小，使相應(yīng)地區(qū)分別產(chǎn)生西風(fēng)氣流和東風(fēng)氣流。并估算出強(qiáng)帶狀流建立所需的時(shí)間約需3周，與觀測(cè)結(jié)果相符。通過對(duì)斜壓緯向流中擾動(dòng)的振幅和位相角的穩(wěn)定性特征和垂直變化的研究，他發(fā)現(xiàn)，忽略摩擦作用時(shí)，大氣中擾動(dòng)的波長(zhǎng)有一個(gè)臨界值，比其短的波動(dòng)都不穩(wěn)定，并且存在最不穩(wěn)定波長(zhǎng)，兩者都取決于垂直風(fēng)切變和靜力穩(wěn)定度因子。因此，很長(zhǎng)的波動(dòng)主要存在于高層，很短的波動(dòng)僅限于大氣低層，且振幅隨高度很快衰減。為了解釋大氣中平均經(jīng)圈環(huán)流的產(chǎn)生原因，郭曉嵐研究了總非絕熱加熱和熱量渦動(dòng)輸送的經(jīng)向變化和總摩擦耗散和動(dòng)量渦動(dòng)輸送的垂直變化。發(fā)現(xiàn)當(dāng)平均溫度的經(jīng)向?qū)Ρ却笥谀硞�(gè)臨界值時(shí)，強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦觿×业淖杂蓪?duì)流。在相對(duì)靜止的大氣中，平均非絕熱加熱只能產(chǎn)生很弱的單圈直接環(huán)流，最大經(jīng)向速度只有每秒幾個(gè)厘米。相反，緯向動(dòng)量的渦動(dòng)輸送和摩擦耗散能在對(duì)流層中產(chǎn)生三圈環(huán)流。從理論上提出了Hadley環(huán)流形成的一種機(jī)制。在大尺度熱對(duì)流的研究方面，他用簡(jiǎn)單方法找到了用Richardson數(shù)表示的熱對(duì)流判據(jù)，其中包括了旋轉(zhuǎn)，靜力穩(wěn)定度，粘性，導(dǎo)熱率，徑向溫度對(duì)比以及平均緯向流的相對(duì)渦度等的聯(lián)合作用。檢驗(yàn)了各種物理因子對(duì)旋轉(zhuǎn)流體中加熱不均勻造成的運(yùn)動(dòng)的影響。發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)和靜力穩(wěn)定度增加了阻力，會(huì)抑止對(duì)流運(yùn)動(dòng)。加熱不均勻產(chǎn)生的有效位能通過經(jīng)向和緯向的垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成動(dòng)能。指出，在研究大尺度運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)包含較不穩(wěn)定的快速發(fā)展的小尺度運(yùn)動(dòng)，即包含非線性擴(kuò)散的作用。
3、中尺度對(duì)流動(dòng)力學(xué)和渦旋動(dòng)力學(xué)
郭曉嵐研究了大氣對(duì)流和龍卷形成的機(jī)制，他從簡(jiǎn)化的但足夠精確的方程組，解出兩個(gè)相似解，分別為雙泡和單泡。當(dāng)給定合適的物理參數(shù)值時(shí)，得到了與龍卷中觀測(cè)到的氣流分布有很好相似性的雙泡型解。在研究有摩擦的切變流中渦旋和旋轉(zhuǎn)圓柱的運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，摩擦和由施加在圓柱或渦旋上的壓力造成的旋轉(zhuǎn)力的聯(lián)合作用，可使圓柱或渦旋在與平均流呈一定角度的平均方向上移動(dòng)。他利用一個(gè)邊界層模式，研究了邊界層中的非對(duì)稱流，為積云對(duì)流參數(shù)化的合理性提供了依據(jù)。為了研究地面日變化加熱作用造成的低層大氣中對(duì)流的發(fā)展過程，郭曉嵐提出了一個(gè)非線性數(shù)值模式。結(jié)果表明，在通常存在的高層穩(wěn)定層結(jié)和相對(duì)強(qiáng)的對(duì)流活動(dòng)作用下，總會(huì)形成三個(gè)相互隔離的垂直層次，即超絕熱地面薄層，混合層和薄逆溫層。與觀測(cè)資料比較后發(fā)現(xiàn)，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)資料相符很好。
4、低緯和熱帶動(dòng)力學(xué)
郭曉嵐提出了熱帶ITCZ形成的非線性理論。他指出，熱帶大氣中條件性不穩(wěn)定和對(duì)流性活躍的大尺度緯向?qū)ΨQ擾動(dòng)的自激發(fā)行為是熱帶ITCZ形成的原因，這些擾動(dòng)的本質(zhì)可用非線性的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)模式來描述。由此理論給出的風(fēng)系的垂直和水平廓線與現(xiàn)有的觀測(cè)廓線相象。論文還給出了產(chǎn)生這種廓線所要求的垂直擴(kuò)散系數(shù)和輻射冷卻率。在赤道行星邊界層和球面穩(wěn)定大氣中的行星邊界層流的研究中。郭曉嵐指出，當(dāng)邊界層方程中包括了溫度和氣壓的擾動(dòng)，并且總體Richardson數(shù)為1或更大時(shí)，穩(wěn)定的大氣層結(jié)會(huì)抑止穩(wěn)定的Ekman流型。但若氣流是振蕩的，即使是低頻的振蕩，則在中高緯度，穩(wěn)定層結(jié)對(duì)氣流的抑止作用也會(huì)被大大減弱。而在低緯度，邊界層流衰退。在地面存在溫度異常時(shí)，溫度層結(jié)也可激發(fā)出熱力驅(qū)動(dòng)的邊界層流。邊界層流的最大垂直速度剛好位于地面邊界層以上，在10°附近具有最大值，在赤道具有最小值�？梢越忉尀楹蜪TCZ常常發(fā)生在10°附近，而赤道上對(duì)流活動(dòng)很少。
5、地氣相互作用和陸面過程動(dòng)力學(xué)
郭曉嵐很早就注意到地表面附近顯著的氣象場(chǎng)日變化現(xiàn)象。他利用一個(gè)修正的熱傳導(dǎo)模式，通過方程求解，研究了以日變化熱量波動(dòng)形式表現(xiàn)出來的大氣和下墊面之間的熱力相互作用。結(jié)果表明，即使平均的垂直溫度遞減率是穩(wěn)定的，向上的平均熱量輸送也可由輸送過程的日變化維持。他的研究不但解決了一個(gè)長(zhǎng)期困擾學(xué)術(shù)界的問題，即在平均位溫分布下，為何仍有湍流熱量的垂直輸送，并且為日變化在地表面向大氣的通量輸送中的作用提供了理論根據(jù)，成為數(shù)值模式中必須考慮日變化的理由。同時(shí)指出，當(dāng)熱擴(kuò)散率K的垂直梯度很大時(shí)，在地氣邊界上可維持很陡的溫度梯度。地面長(zhǎng)波輻射的效應(yīng)有助于溫度極值的前移。大氣最低的幾百米內(nèi)的溫度波受到太陽輻射吸收和熱擴(kuò)散率K與其相互作用的影響。將模式結(jié)果與O’Neill夏季和冬季進(jìn)行的觀測(cè)試驗(yàn)做了比較，相符甚好。
二、模式物理過程
1、積云對(duì)流參數(shù)化
郭曉嵐對(duì)數(shù)值模式中物理過程參數(shù)化的最大貢獻(xiàn)，莫過于積云對(duì)流的參數(shù)化。他的積云對(duì)流參數(shù)化方案曾被廣泛地用于各種尺度的大氣數(shù)值模式，尤其是在中期天氣預(yù)報(bào)和大氣環(huán)流模式中，被稱為Kuo方案。有不少學(xué)者，根據(jù)Kuo方案的原理設(shè)計(jì)出不少修正的Kuo方案。至今，Kuo方案仍在一些數(shù)值模式中使用。
郭曉嵐 - 著作
《大氣動(dòng)力學(xué)》
郭曉嵐 - 貢獻(xiàn)
郭曉嵐最初提出積云對(duì)流參數(shù)化方案是在1962年美國(guó)氣象學(xué)會(huì)的年會(huì)上，1965年，他以“積云對(duì)流潛熱釋放造成的熱帶氣旋的形成和加強(qiáng)”為題，正式發(fā)表了有關(guān)積云對(duì)流參數(shù)化方案的論文。這篇論文研究了條件性不穩(wěn)定大氣中深對(duì)流潛熱釋放對(duì)大尺度運(yùn)動(dòng)的影響。在此方案中，積云的存在要求有3個(gè)條件，即地面有摩擦引起的輻合上升運(yùn)動(dòng)，整個(gè)氣柱有凈水汽輻合和對(duì)流性層結(jié)不穩(wěn)定。積云內(nèi)部的溫度和水汽的垂直分布根據(jù)云底的溫度和比濕，用相當(dāng)位溫守恒原理求得。積云面積根據(jù)氣柱凈輻合的水汽量和云生成所需的總水汽量之比求得，積云的凝結(jié)降水量根據(jù)積云面積和云內(nèi)外溫度差確定。氣柱的各層溫度和濕度的變化，由云內(nèi)值和環(huán)境值加權(quán)平均得到。此參數(shù)化方法由他本人首先成功地用于颶風(fēng)形成問題的研究。進(jìn)而，郭曉嵐于1974年發(fā)表了“積云對(duì)流對(duì)大尺度氣流影響的進(jìn)一步研究”。該文是對(duì)他1965年積云對(duì)流參數(shù)化方案的補(bǔ)充和發(fā)展。新方案中給出了更為嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。將氣柱的凈水汽輻合量分為兩部分，一部分用于濕潤(rùn)環(huán)境大氣，使其達(dá)到積云內(nèi)的濕度而成云，另一部分用于產(chǎn)生積云降水，使云體內(nèi)的原環(huán)境溫度升至云溫。潛熱釋放量及其垂直分配以及積云輸送的感熱，均惟一地由云內(nèi)和環(huán)境大氣的溫差以及大尺度氣流的水汽輻合所確定。下沉氣流中的壓縮增熱自動(dòng)地包含在公式中。計(jì)算結(jié)果與實(shí)況相符甚好。這篇論文認(rèn)為，環(huán)境大氣的增熱是由積云外的環(huán)境下沉氣流自動(dòng)完成的。從此，該方案被稱為1974年的Kuo方案。1980年，他利用一個(gè)準(zhǔn)一維，非對(duì)稱，準(zhǔn)拉格朗日和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的模式，研究了積云對(duì)流特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)半徑大于1000m的云，云外下沉干空氣的壓縮加熱使云內(nèi)空氣變暖并稍稍減小了上升氣流的速率，下沉濕空氣冷卻云內(nèi)空氣并且也減小上升運(yùn)動(dòng)。最有意義的是，在較小不穩(wěn)定的中緯度環(huán)境下，模擬的降水率從半徑<1000m云的2000m云的5.4cm/h，反映了對(duì)流層中部穩(wěn)定層結(jié)對(duì)較小積云穿透能力的抑止作用。當(dāng)云的半徑達(dá)到8km時(shí)，上升速度達(dá)到最大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，積云對(duì)流的主要加熱是在潛熱釋放區(qū)，但環(huán)境空氣的壓縮加熱也重要，尤其是在云頂附近�？梢�，這篇論文是用“有云”模式的模擬結(jié)果來證明1965年“瞬時(shí)積云模型”參數(shù)化方案的合理性，強(qiáng)調(diào)了積云體大小和垂直伸展范圍對(duì)積云降水影響的重要性。
大氣中太陽短波輻射和長(zhǎng)波輻射的計(jì)算方法
在太陽短波輻射的計(jì)算中，郭曉嵐提出了將經(jīng)驗(yàn)公式和分譜段計(jì)算相結(jié)合的方法。首先將太陽光譜分為三部分，即波長(zhǎng)λ<0.3μ的紫外波段，波長(zhǎng)λ在0.3μ—0.7μ之間的可見光波段和λ≥0.7μ的紅外波段。紫外波段的吸收物質(zhì)主要是臭氧和氧氣分子，在高層大氣中幾乎被完全吸收�？梢姽獠ǘ沃皇艽髿馍⑸�，基本沒有吸收。紅外波段主要受大氣中水汽和二氧化碳的吸收影響，散射可以不計(jì)。因此在3個(gè)波段中可以找到它們各自的輻射計(jì)算公式，并被證明有較高精度和計(jì)算省時(shí)。同樣的分波段計(jì)算輻射通量的思想，也用來計(jì)算長(zhǎng)波輻射。根據(jù)輻射傳輸理論，可以得到大氣任何高度層上向上和向下長(zhǎng)波輻射通量應(yīng)滿足的方程。給出上下邊界條件，可以得到它們分別與該高度層以下和以上輻射通量的遞推表達(dá)式，計(jì)算十分省時(shí)。計(jì)算通量所需的平均面透射率τ，用分譜段合成，有很高的精度。根據(jù)光譜資料，水汽分為12個(gè)基本波段，CO2分為2個(gè)基本波段。
郭曉嵐輻射參數(shù)化方法的最大優(yōu)點(diǎn)是將復(fù)雜的波譜分段后，得到解析的通量密度計(jì)算公式，因而計(jì)算簡(jiǎn)單，速度快。同時(shí)不失計(jì)算精度。
數(shù)值模擬
郭曉嵐不僅是一位杰出的理論氣象學(xué)家，而且對(duì)建立天氣氣候和大氣環(huán)流數(shù)值模式，并用以模擬青藏高原的天氣氣候效應(yīng)，也非常有興趣。他發(fā)展的模式物理過程參數(shù)化方案，尤其是積云對(duì)流參數(shù)化方案，雖然被他人廣為應(yīng)用，但當(dāng)時(shí)主要用于熱帶氣旋發(fā)展的理論研究中，還沒有被他本人用于天氣氣候和大氣環(huán)流數(shù)值模式。因此，他也很想將他提出的參數(shù)化方案引入數(shù)值模式進(jìn)行檢驗(yàn)。
1979年9月，作者之一作為訪問學(xué)者到達(dá)芝加哥大學(xué)，在郭曉嵐指導(dǎo)下進(jìn)行研究工作，將p-σ混合坐標(biāo)系的二層初始方程數(shù)值模式改進(jìn)為五層模式。在新模式中，引進(jìn)了水汽方程及與水汽有關(guān)的物理過程，如大尺度水汽凝結(jié)和Kuo1974對(duì)流參數(shù)化方案，還進(jìn)行了改進(jìn)，將積云生命史劃分為兩個(gè)階段，即成云和降雨階段，在不同階段，降水量與總水汽輻合量的比值用不同方法計(jì)算。郭曉嵐的輻射參數(shù)化方案被全部引入新模式，在短波部分，包含了太陽輻射的季節(jié)變化和日變化，而在當(dāng)時(shí)的其它大氣環(huán)流數(shù)值模式中是沒有日變化的。短波輻射日變化的加入，會(huì)大大破壞模式的計(jì)算穩(wěn)定性，為此，又設(shè)計(jì)了干對(duì)流調(diào)整和垂直擴(kuò)散系數(shù)隨大氣穩(wěn)定度變化等方案，使模式能穩(wěn)定積分較長(zhǎng)時(shí)間，并得到合理的模擬結(jié)果。新模式中還加入了海洋混合層模式。因此，是一個(gè)包含地氣相互作用和簡(jiǎn)單海氣相互作用的初始方程數(shù)值模式，能模擬大地形的動(dòng)力和熱力作用以及地面和海面熱力異常所產(chǎn)生的天氣氣候效應(yīng)。
新模式首先被用于模擬青藏高原和落基山等大地形對(duì)氣象場(chǎng)日變化的影響以及日變化對(duì)降水量和降水分布的影響。模擬結(jié)果顯示，氣象場(chǎng)明顯的日變化主要源于青藏高原地形對(duì)太陽輻射區(qū)域分布的特殊影響。這種影響形成了地方時(shí)18時(shí)，在90°E整個(gè)高原及其周邊地區(qū)除了高原東邊緣的狹長(zhǎng)區(qū)域外，從地面直到100hPa的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)。在地方時(shí)6時(shí)，在上述地區(qū)從地面直到300hPa形成下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)。300hPa以上仍為上升區(qū)。日夜平均為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)。模擬的降水率與觀測(cè)也相當(dāng)一致，且在熱帶地區(qū)，對(duì)流降水量占3/4。與觀測(cè)相符很好。利用新模式，研究了7月平均季風(fēng)環(huán)流的發(fā)展過程。做了8個(gè)敏感性數(shù)值模擬試驗(yàn)。分別設(shè)定太陽輻射有日變化和無日變化，有地形和無地形，氣象場(chǎng)初值緯向均勻和非緯向均勻以及無輻射加熱和無對(duì)流加熱等條件。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，非絕熱加熱和氣象場(chǎng)的區(qū)域分布受海陸分布和地形的影響明顯，但與大氣的初始狀態(tài)幾乎無關(guān)。位于阿拉伯半島和東北非以及中南半島和印度半島沿岸的兩個(gè)海平面低壓槽以及索馬里低空急流，即使沒有地形，也不管使用何種初始場(chǎng)，在所有包含非絕熱輻射加熱和積云對(duì)流加熱的試驗(yàn)中都能模擬出來。相反，如果去除這兩種加熱，這些系統(tǒng)就模擬不出來。太陽輻射加熱日變化的引入加快了低層氣壓系統(tǒng)的發(fā)展速度，其原因是積云對(duì)流的發(fā)展主要在日間。輻射加熱，地形和初始條件對(duì)降水量及其區(qū)域分布都有至關(guān)重要的影響，沒有地形，最大降水出現(xiàn)在東亞沿岸區(qū)，而非孟加拉灣一帶，且大陸和海洋上的降水量都大大減小�？梢�，日變化在季風(fēng)環(huán)流的發(fā)展中起著“加速”作用，地形對(duì)輻射和對(duì)流加熱，從而對(duì)降水場(chǎng)起著“分配”作用，而大氣的初始態(tài)對(duì)東亞季風(fēng)環(huán)流型的形成沒有本質(zhì)的影響。
郭曉嵐 - 社會(huì)評(píng)價(jià)
郭曉嵐逝世后，美國(guó)芝加哥大學(xué)新聞辦公室發(fā)布長(zhǎng)篇文告，給予極高評(píng)價(jià)。文告指出，郭先生從二戰(zhàn)時(shí)期的中國(guó)，飄洋過海來到美國(guó)，以很少的獎(jiǎng)學(xué)金在芝加哥大學(xué)攻讀學(xué)位。但是，僅僅幾年的時(shí)間，他就在學(xué)術(shù)界嶄露頭角，且一直保持重要影響。他的研究成果是動(dòng)力氣象學(xué)許多分支中的重要理論基礎(chǔ)之一。
他雖然出身貧寒，但從小就胸懷大志，對(duì)數(shù)學(xué)，中國(guó)古典文學(xué)和中國(guó)歷史倍感興趣。他對(duì)科學(xué)的興趣和孜孜不倦的學(xué)風(fēng)，使他很快成為有影響的青年學(xué)者和當(dāng)時(shí)芝加哥學(xué)派的重要成員。他對(duì)學(xué)業(yè)的態(tài)度和對(duì)事業(yè)的追求，是年輕學(xué)子們學(xué)習(xí)的楷模。
郭曉嵐先生的聰明才智和他的敬業(yè)精神，使他成為大氣動(dòng)力學(xué)中諸多理論研究的開創(chuàng)者，正如芝加哥大學(xué)新聞辦公室文告中所說，他在理論研究中的杰出成就為氣象學(xué)的很多分支領(lǐng)域奠定了數(shù)學(xué)和物理的理論基礎(chǔ)，因此影響著相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域的發(fā)展。除了大氣動(dòng)力學(xué)理論研究，他還研制了模式物理過程參數(shù)化方案，其中的積云對(duì)流參數(shù)化方法不僅具有理論意義，更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。關(guān)于青藏高原等大地形的動(dòng)力和熱力作用，尤其是太陽輻射日變化對(duì)天氣氣候影響的數(shù)值模擬研究，是具有首創(chuàng)性的。1985年退休后，郭先生仍致力于氣象科學(xué)研究，在ENSO長(zhǎng)期振蕩，地轉(zhuǎn)適應(yīng)過程和Walker2Hadley環(huán)流與ITCZ的形成機(jī)制等方面作出了新的理論貢獻(xiàn)。
郭曉嵐先生不僅是一位國(guó)際著名的學(xué)者，也是一位愛國(guó)者。他對(duì)中國(guó)氣象事業(yè)的發(fā)展十分關(guān)注，生前曾4次訪問中國(guó)，并為中國(guó)培養(yǎng)了氣象人才。郭曉嵐先生的逝世，是國(guó)際氣象界的重大損失，也使大家失去了一位循循善誘的導(dǎo)師。他是后輩學(xué)習(xí)的楷模。
