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伟哉,中国海浪学科的开拓者和带头人——记我校36届校友中国著名物理海洋学家  文圣常教授、院士(一)

2009-02-17 16:03:26


文圣常院士
(图片转载自“中国海洋大学”网)

    文圣常(1921年11月1日—),出生于河南光山。物理海洋学家。1993年当选为中国科学院院士。1956年加入九三学社。

好学博学  铸就辉煌的未来

    文圣常出生于清寒的小职员家庭。自幼受父母启蒙教育,孔孟的处世之道对他有较大影响。中学时代是在颠沛流离中度过的,曾先后在河南潢川初级中学、湖北宜昌中学高中部和湖北联合中学恩施高中分校学习。 抗日战争期间,全国各高校纷纷内迁,他于1940年进乐山中央技艺专科学校。同年秋,考入在四川乐山的武汉大学机械系,1944年毕业。文圣常尽管学的是机械工程,然而在大学期间他却打下了很深的数理功底,课外喜欢阅读文艺与哲学、逻辑著作,促使他形成既勇于探索、又务实钻研的个性。大学毕业后,先后在成都航空委员会第八飞机修理厂任试用员、第十一飞机修理厂考工股员、国民党空军空运103中队(北平—上海)机务员。由于他具有坚实的数理和英文功底,又善于学习、接受新事物、为人正直,由国民政府航空委员会选派,于1946年赴美国航空机械学校短期进修,1947年回国。

独步占领世界物理海洋最先进的前沿阵地

    作为物理海洋学专家,文圣常主要从事海浪理论及应用研究。他从理论上证明经零阶矩和峰频率无因次化后的风浪频谱为两个不同成长阶段的谱的线性迭加,并依此导出解析形式的谱。还以解析方法导出风浪方向谱,其中能量相对于方向的分布同时取决于频率和风浪成长阶段。针对国际盛行的第三代海浪数值预报模式存在的困难,提出新的混合模式。除论文外,他发表了《海浪原理》与 《海浪理论与计算原理》两部专著。他在海洋学术世界里以自己创造性的劳动,不断为物理海洋学增添新的内容,推进中国海洋事业前进,一次又一次地去占领世界物理海洋学最先进的前沿阵地。

学习国内外先贤    首创世界海洋“涌浪谱”

    文圣常在20世纪50年代初从事海浪谱的研究工作。当时,国内刚刚开展海浪研究。1953年,地球物理学家赵九章在青岛小麦岛设置了我国第一个波浪观测站。当时在国际上海浪研究盛行两种方法,但都有缺陷和不足。文圣常在这一阶段写出的“普遍风浪谱及其应用”重要论文,其特色是将两种方法结合起来,从能量平衡出发推导出海浪谱;在风浪谱中风速、风时、风区以参量出现,所以文氏风浪谱可以描述风浪成长的全过程。在涌浪的研究中,考虑到国际上盛行的HU斯韦尔德鲁普和WH蒙克的能量平衡或P—N—J的概念都是以半经验的方法来求得涌浪的波高和周期,且斯韦尔德鲁普—蒙克方法中以空气阻力来解释能量消耗的概念尚欠妥当,此外还没有顾及涡动的影响,于是文圣常提出“涌浪谱”的论文。该论文基于涡动和绕射作用,提出涌浪谱的计算方法,同时还考虑到台风区是圆形的特点,提出了相应的计算方法。由于这两篇论文具有较高的学术价值,经赵九章、赫崇本二位教授推荐,在《中国科学》上以英文发表。在60年代初期,由苏联海洋学家YuM克雷洛夫编著的《风浪》论文集专著中以俄文全文刊载了“涌浪谱”的内容,并在当年有关的国际海洋科学进展评论中被列为重要的研究成果。

新创海浪计算法和港口工程规范     为中国海洋学填补历史的空白

    文圣常在60年代中期主要从事海浪预报方法研究工作。如果说文圣常的前期工作是偏重于海浪的基础理论研究,那么在1965—1966年期间,则主要侧重于考虑海浪理论的社会与经济效益。他将海浪中能量和谱结合起来付诸于实际应用,主持和领导了国家科委海洋组海浪预报方法研究组的技术工作。由于研究工作充分考虑我国海域的特点,该组提出的海浪计算方法在国内得到广泛的应用。70年代后期,为适应我国沿海城市改革开放的需要,迫切需要制定出近岸工程设计和管理的标准,该组的研究成果被列入中华人民共和国交通部《港口工程技术规范》第二篇(水文)的第一册《海港水文》中。该规范于1978年出版,从而结束了长期以来我国在有关规范中依赖于苏联和美国方法的状况。《海港水文》于1985年获国家科技进步奖二等奖。
    文圣常于80年代末继续从事理论风浪谱的研究,使风浪谱的理论更臻完善。尽管文圣常在50年代末已提出了有相当特色的风浪谱理论,但他并没有以此为满足。直到80年代,国际上所采用的谱依然是通过观测和经验得到的。文圣常在谱形中引入了另一个参量,即尖度因子,推导出了理论形式的风浪频谱。这种谱既可以适用于深海,也可以应用于浅水。鉴于所得出的谱与中国各海区的观测结果符合良好,且又与国外广泛引用的谱相当接近,而后者得自十分系统的北海观测结果和经验拟合,这样也就间接地支持了文圣常提出的理论风浪谱的可靠性。与国际上已提出的各种谱相比,文圣常所提出的风浪谱能够对风浪随风速、风时、风区、水域的变化进行较系统的描述,还可以利用有效的参量描述谱形,便于应用。这一创造性的理论研究业已在海洋水文环境和海浪预报方法中得到应用。文圣常围绕这一研究发表的一组论文,于1991年获国家自然科学奖。
    80年代末,文圣常同时还承担了国家“七五”重点科技攻关项目,为第76项中核心课题的负责人,并承担其中“海浪数值预报方法”专题的技术工作。该专题针对国际海洋界盛行的所谓第三代模型中源函数和突出的经验性,以及波—波非线性作用计算费机时太多的缺点,探索出一种更有效、更实用的数值预报模式。文圣常于1989年提出了一种混合型的海浪数值预报模式,应用了由他改进、发展的风浪谱。与国外方法相比,混合型的海浪数值预报模式是同时代较精确、较简便的海浪数值预报模式。此项研究成果于1989年获得国家“七五”科技攻关奖,文圣常获先进个人称号。