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从星系密度波到螺旋行星波: jlusysu 2020-9-5 22:04; 林家翘先生的成就和事迹无需在这里重复，科学网上戴世强老师（ http://blog.sciencenet.cn/blog-330732-656659.html ）、孙卫涛老师（ http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=95086do=blogid=653075 )等都有专文介绍。这里仅介绍一段因林先生和他学生徐遐生提出的星系密度波而产生的学科交叉的故事。这里的行星波是指地球和其他行星大气的大尺度波动（罗斯贝波）。关于星系密度波，可以参考徐遐生2016年的文章“ Six decades of spiral density wave theory ”。林先生于1976年的回国访问中，在力学所做了关于星系密度波理论的报告。当时巢纪平先生也去听了。由于林和徐的早期理论给出的是不随时间变化的稳态解，但从流体力学的角度，系统的演化是很自然的事。因此巢纪平先生和力学所的解伯民就在林家翘的线性理论框架内，考虑系统随时间的变化，利用数值求解，研究了星系密度波的演化，结果发表在1978年第三期的科学通报上（解伯民，巢纪平，关于漩涡星系密度波的演化，1978）。星系螺旋臂的产生是来自于星系的较差转动，而地球（以及其他行星）大气的运动由于行星的球状，本身也是有较差旋转特征的（也就是一般所谓的beta效应），而在观测到的大气行星波动中，也确实存在螺旋状的特点，即所谓导波和曳波；而在台风中，则有螺旋状的云带和雨带分布。虽然问题不同，但其背后可能有共同性的原理，因此可以应用林家翘的数学方法，结合地球大气运动方程，研究大气中螺旋行星波的形成，这也就是巢纪平和叶笃正先生1977年发表在中文《大气科学》上的“ 正压大气中的螺旋行星波”（ http://www.dqkxqk.ac.cn/dqkx/dqkx/article/abstract/19770201?st=article_issue ）一文。作者采用比较简单的正压模式，把大气运动方程写到柱坐标系中，得到了线性波动的等位相线表达式和对应的波作用量方程，能够较好地解释大气中行星波呈螺旋状（靠近极地为导波，中纬度为曳波）的原因。作者并在此基础上探讨了大气环流维持的机制。稍后不久，黄瑞新和巢纪平先生还采用类似方法也研究了台风中的螺旋雨带问题。以上故事充分说明了学科交叉在科学发展中的重要作用，事实上虽然林家翘先生并没有研究过气象问题，他对流体运动不稳定的研究（Orr－Sommerfeld方程的渐近解）对研究大气和海洋运动的不稳定问题有直接影响，他本人对大气和海洋问题也可能一直保持着兴趣：他和Charney互为好友；Charney自述选择到MIT的原因之一是林家翘在那里工作，而林家翘在Charney到了MIT以后也曾去听他的课，而林家翘曾带过的应用数学专业的学生K－K Tung 和 Inez Fung后来也成为了著名的气象学家。; 个人分类: 旧文新读|2626 次阅读|0 个评论

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