蒙 克，循著波浪不斷前行的海洋學(xué)家

撰文｜王巍

蒙 克，循著波浪不斷前行的海洋學(xué)家

撰文｜王巍

蒙克的每一項(xiàng)研究和發(fā)現(xiàn)都因具有重要意義而永載史冊，但他從未停止探索的腳步。對他來說，科學(xué)研究就好像地球自轉(zhuǎn)一樣，既沒有開始，也沒有終結(jié)。可以無愧地說，在物理海洋學(xué)界，他是一代宗師，永遠(yuǎn)受后學(xué)尊敬，他是屬于全世界的。

蒙克（Walter HenrichMunk），美籍奧地利地球物理學(xué)家、海洋學(xué)家。1917年10月19日生于奧地利維也納。1932年移居美國，1939年入美國國籍。1939年畢業(yè)于加利福尼亞大學(xué)，獲應(yīng)用物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1941年獲卡爾特什大學(xué)地球物理學(xué)碩士學(xué)位，1947年獲加利福尼亞大學(xué)海洋學(xué)博士學(xué)位。歷任斯克里普斯海洋研究所助理教授（1947年）、副教授（1949年）、教授（1954年），加利福尼亞大學(xué)地球物理和行星物理研究所所長（1959年起），并兼任拉霍亞實(shí)驗(yàn)室主任。1948年后兼任挪威的奧斯陸古根海姆基金會研究員，1955-1962年兼任劍橋大學(xué)海洋學(xué)顧問委員會顧問。此外，他還是美國人文科學(xué)院、美國哲學(xué)學(xué)會、美國地球物理協(xié)會和德國萊奧波爾迪內(nèi)科學(xué)院自然科學(xué)研究部的會員。1956年當(dāng)選為美國國家科學(xué)院院士。蒙克研究的領(lǐng)域十分廣泛，在海洋科學(xué)上研究海浪、潮汐、風(fēng)海流、海洋湍流和海洋聲學(xué)，在地球物理學(xué)上研究地球自轉(zhuǎn)理論，在各研究領(lǐng)域上均有重要貢獻(xiàn)。

戰(zhàn)場立奇功的“海浪預(yù)報(bào)”

1944年6月6日，歐洲盟軍在諾曼底登陸，成功開辟了歐洲第二戰(zhàn)場。同年10月20日清晨，美軍成功登陸萊特島，并在3天后的萊特灣大海戰(zhàn)中重創(chuàng)日本海軍。盟軍在諾曼底和萊特島的順利登陸，“海浪預(yù)報(bào)”起了極為重要的作用，而受美軍空軍氣象局海洋部委托完成“海浪預(yù)報(bào)”的兩位海洋科學(xué)家，一位是H.U.斯韋爾德魯普，另一位就是W.H.蒙克。

蒙克在和他的導(dǎo)師斯韋爾德魯普接受并進(jìn)行“海浪預(yù)報(bào)”研究時，可謂困難重重，不僅該方面完全無人涉及，就連海浪的理論研究也只處于初步探索階段。兩人在研究后認(rèn)為，應(yīng)將理論與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來。雖然早期的觀測資料不夠系統(tǒng)和精確，但可以通過數(shù)據(jù)處理的方式去偽存真；盡管原有的液體波動理論太過理想化，不能應(yīng)用于實(shí)際，然而可以通過經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場觀測予以改進(jìn)。因此他們利用原有成果，通過半理論半經(jīng)驗(yàn)的方式找出了有關(guān)風(fēng)浪成長，涌浪的產(chǎn)生、傳播和衰減的規(guī)律（涌浪通常是指風(fēng)浪離開風(fēng)吹的區(qū)域后所形成的波浪）以及近岸波的變化規(guī)律。蒙克等人還從復(fù)雜的海面抽象出一種所謂的有效波來進(jìn)行分析，并提出“最小風(fēng)時”等重要概念，從而建立了海浪理論，把風(fēng)浪和涌浪看成是一個完整的體系。

廣泛的海洋科學(xué)研究

蒙克對海洋科學(xué)的研究十分廣泛。1952年，他與雷弗爾（R.Revelle）研究了平均海平面的常年變化，提出在最近數(shù)十年間，平均海平面以大約每年1毫米的比率上升。1959年蒙克研究了平衡極潮的起因及其對極移（地球自轉(zhuǎn)軸相對于地球本體的位置是變化的，這種運(yùn)動稱為地極移動，簡稱極移）的影響，論證了存在周期大致為14個月的“極潮汐”。1960年蒙克在增加考慮地球的彈性因素之后得出極潮汐振幅的數(shù)值在0.5厘米左右。

在對海流現(xiàn)象的研究中，蒙克于1959年建立行星風(fēng)應(yīng)力渦度、行星渦度和高階水平湍流摩擦力渦度三者間平衡的全流模式，從渦度平衡的觀點(diǎn)來說明大洋環(huán)流西向強(qiáng)化的原因。

在對海洋湍流現(xiàn)象的研究中，蒙克根據(jù)海洋中渦動黏度的經(jīng)驗(yàn)確定，得出鉛直渦動黏度和渦動擴(kuò)散系數(shù)與理查孫數(shù)關(guān)系的表達(dá)式。

在對海水溫度變化的研究中，蒙克開創(chuàng)了用聲波測量海水溫度變化的先河。聲波測溫原理是由于聲波在暖水中的傳播速度比在冷水中快，通過反復(fù)測量音頻脈沖在海水中穿行數(shù)千千米所用的時間，便可以測出一定時間里海水是否在逐漸升溫。這種方法可應(yīng)用于監(jiān)測溫室氣體向大氣中排放所造成的全球范圍內(nèi)的海洋變暖現(xiàn)象。蒙克初步計(jì)算表明，大氣中積累的溫室氣體可以使1000米深處的海水在一年內(nèi)升溫0.005攝氏度，這用傳統(tǒng)的方法是絕對無法檢測出來的。

新穎的“潮汐響應(yīng)分析”

海洋潮汐學(xué)傳統(tǒng)的研究分析方法是把地球上任意一點(diǎn)的潮位變化按照展開式的譜波向分解為許多分潮，并根據(jù)潮位觀測數(shù)據(jù)來計(jì)算各分潮的振幅和相位。該方法即潮汐調(diào)和分析，也稱潮汐波譜分析。蒙克認(rèn)為，調(diào)和分析法雖然考慮到了月球、太陽的引潮力，卻未考慮太陽輻射的影響，該輻射只對面向太陽的一面才起作用，可引起輻射潮。據(jù)此蒙克與卡特萊特（D.E.Cartwright）于1966年提出了“潮汐響應(yīng)分析”法。這種潮汐譜分析方法，允許出現(xiàn)各種本底噪聲，能客觀地分析出各種可能的振動，并能將具有相同頻率而來源不同的各種振動分離出來。他們以這種潮汐響應(yīng)分析法對檀香山和紐萊因的潮位做實(shí)例計(jì)算，預(yù)報(bào)出的潮汐精度高于調(diào)和分析法。

蒙克的這一方法在學(xué)術(shù)界廣泛傳播，在我國也得到了應(yīng)用。1991年用響應(yīng)分析法計(jì)算了中國10個站的太陽半日分潮的輻射分潮，結(jié)合數(shù)學(xué)上的拋物線插值法給出了中國沿岸太陽半日分潮的輻射潮與引力潮的平均振幅比，得到平均遲角差。1992年應(yīng)用響應(yīng)分析法研究了中國沿岸太陽輻射潮對平均海面季節(jié)變化的影響。

逆向思維的“海洋聲學(xué)層析術(shù)”

“海洋聲學(xué)層析術(shù)”是利用聲學(xué)方法在大范圍的海域上測量海洋動力特征的一種遙感技術(shù)。蒙克利用逆向思維，通過聲波在海水中的傳播速度來反推海水的溫度、鹽度、流向和流速。之后，把這種逆向反演的方法與計(jì)算技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)展成為了海洋聲學(xué)層析術(shù)。

在進(jìn)行海洋聲學(xué)層析測量時，在所測海域周圍布設(shè)一系列水聲發(fā)射和接收換能器，通過精確地測量水中聲波傳播的時間，計(jì)算出聲波傳播的速度。然后應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)對取得的聲波平均速度和往復(fù)速度差進(jìn)行逆向運(yùn)算，就可以得出所測水域中的溫度、鹽度、流速、流向等海洋水文環(huán)境要素的分布狀況。

諾曼底登陸

蒙克在20世紀(jì)70年代末提出該技術(shù)后，到現(xiàn)在已有了廣泛的應(yīng)用。如使用100~200赫的聲波，可以進(jìn)行100萬平方千米海域的層析觀察、監(jiān)測中尺度渦等中尺度海洋動力過程。值得一提的是，中尺度渦是海洋中的一種重要現(xiàn)象，預(yù)先了解它的動力過程，便可利用其提供長期天氣預(yù)報(bào)服務(wù)。

蒙克的每一項(xiàng)研究和發(fā)現(xiàn)都因具有重要意義而永載史冊，但他從未停止探索的腳步。對他來說，科學(xué)研究如同地球自轉(zhuǎn)，即沒有開始，也沒有終結(jié)?？梢詿o愧地說，在物理海洋學(xué)界，他是一代宗師，永遠(yuǎn)受后學(xué)尊敬，他是屬于全世界的。