Crafoord奖获得者系列解读——

  Walter Heinrich Munk

  美国Scripps海洋研究所著名物理海洋学家，在海洋环流、海浪和潮汐等研究领域做出了卓越贡献，于2010年获得Crafoord奖。Munk教授七十多年的科研工作中，在物理海洋研究中取得的成就斐然，如揭示了西边界流强化的物理机制，奠定了海浪和潮汐的预测技术，阐明了深海大洋混合的能量来源，提出了描述海洋内波特征的普适谱等。

生平和荣誉

Munk于1917年10月19日出生在奥地利首都维也纳，家庭背景显赫，外祖父是银行家，母亲就读过剑桥大学，继父是盐矿集团董事长。Munk在15岁的时候被家人送到了纽约一所寄宿制学校学习，毕业之后，他顺利进入了与家族有密切生意往来的Cassel & Co公司从事银行方面的工作。在此期间，Munk参加了哥伦比亚大学的夜校，并在那里学习解析几何和初等微积分等简单的数学知识。

三年的银行工作让Munk倍感无聊与乏味。与此同时，夜校的学习却让他对科学研究产生了浓厚的兴趣。一番深思之后，Munk毅然放弃了成为一名银行家的机会，只身一人来到位于美国西海岸的加州理工学院求学，先后在那里取得了物理学的学士学位（1939年）和地球物理的硕士学位（1940年）。

Munk一生获奖无数，1956年当选为美国科学院院士，1976年当选伦敦皇家学会会员。在他获得的众多奖项里，比较重要的几个包括：1965年获得美国地质学会的Arthur L. Day奖章；1966年获得美国气象学会的Sverdrup金质奖章；1968年获得英国皇家天文学会的金质奖章；作为第一位获奖者，Munk于1976年获得美国地球物理学会和美国海军共同设立的Maurice Ewing奖章；1985年获得由罗纳德里根总统颁发的美国国家科学奖章；1999年获得日本稻盛财团设立的国际京都奖；2007年获得美国机械工程师学会的终生成就奖；2010年获得瑞典皇家科学院颁发的Crafoord奖。

为表彰在海洋声学和海浪研究领域做出卓越贡献的海洋科学家，1993年由美国海洋学会、美国海军研究办公室和美国国防部海军海洋办公室共同设立了WalterMunk奖，Munk也理所当然地成为了首位获此殊荣的学者。

成就解读

• 风生大洋环流理论（1950）

1950年，Munk进一步考虑了海洋实际行星风力和水平湍流摩擦力，并考虑科里奥利参量随纬度的线性变化，建立了行星风应力涡度，行星涡度和高阶水平湍流摩擦力涡度三者间平衡的全流模式。Munk提出的风生大洋环流理论模型，与Stommel模型都揭示了摩擦和beta效应是引起西边界流强化的根本因素，被一并公认为风生大洋环流研究的经典。然而相比于Stommel的模型，Munk模型的解不仅可以得到西边界强流，还可以解出回流区，这与真实的风生大洋环流更为相近。

• 海浪研究（20世纪40年代至60年代）

Munk最初是以海浪预报正式开始海洋研究的。所谓时势造就英雄，当时正值第二次世界大战，Munk参与了盟军在北非登陆作战的准备工作，并为海军作海浪预报，并最终为登陆的成功提供了重要的科学保障。随后，Munk回到斯克利普斯海洋研究所所在地拉荷亚（La Jolla），在那里专门为海军和空军文职官员开设海浪预报的培训班，期间通过不断改进海浪的预报方法，最终为诺曼底登陆（Normandy Landing）提供了重要的海洋环境信息保障。

到了和平年代，可谓是英雄造就时势，上世纪50年代末Munk将工作重心回归到海浪的理论研究中。为了追踪大洋中涌浪（Swell）的传播及衰减规律，Munk沿着新西兰到北美阿拉斯加这一路线，通过设立观测站来测量岛屿和海上的波浪情况，这个实验连同上世纪60年代末英、荷、美、德数国“联合北海波浪计划”的波浪成长实验，为第三代海浪预报模式的开发奠定了坚实的基础。

此外，Munk和Cox创新性地将太阳光斑图像反演技术应用到海浪观测中（Cox等，1954），建立了Cox-Munk海浪坡度统计模型。Munk的海浪理论以及他所提出的诸多相关概念至今仍广泛应用在工程环境海洋研究中，如Munk和Sverdrup定义的“有效波高”这一概念在描述海浪统计特征时仍然受到优先公认。

• 潮波研究（20世纪60年代至今）

早期（20世纪初）潮汐研究主要关注潮位的变化，主要工作集中在潮汐的分析方法研究。Munk与其合作者提出了著名的潮汐“响应”分析法。相对于调和分析方法，该方法所需的数据量更少，但精度和分辨率更高，极大地提升了潮位预测的准确性。

到20世纪中叶，正当潮波的研究即将陷入沉寂之时，Munk指出潮波对于驱动大洋混合具有潜在的重要作用。海洋混合控制着海水中热量、淡水和溶解物质的输运，影响着整个气候系统的变化，这一观点的提出引起了学术界的巨大反响，也使得海洋潮波的研究焕发了新生。自此，海洋潮波的研究主流从传统的二维正压潮变为三维内潮波。直到今天，正压潮向内潮波的能量传递机制以及转化效率仍是物理海洋研究的热点之一。

• 内波研究（20世纪70年代至80年代）

1975年，Munk与Garret应用随机过程理论，通过引入一些理想化的假设并结合海洋调查资料，提出了第一个内波谱模型，即我们现在所熟知的GM谱。时至今日，GM谱已经被广泛应用于海洋内波和混合的研究中。

• 海洋声学（20世纪70年代至今）

1978年Munk与Wunsch共同开创了海洋声学层析法（Ocean Acoustic Tomography），能够利用大洋中远程脉冲声传播来反演大尺度海洋运动及其变化规律，与传统测量方法如利用温盐仪和海流计观测相比体现了极强的优越性。20世纪90年代初，Munk开始构想利用远程声传播监测由于温室效应所引起的海洋变暖的趋势，并于1991年进行了赫德岛可行性实验（Heard Island FeasibilityTest）。此计划的后续工作便是海洋与气候声学探测计划（Acoustic Thermometry ofOcean Climate, ATOC），为将来解释海洋对全球变暖的响应提供重要的观测依据。

一点启示

无论是在战争时期还是和平年代，无论是正当壮年还是年逾花甲，Munk对科学的执着与热情始终如一。我们通过回顾Munk长达七十多年海洋研究生涯所取得的成就，从中得到了一点启示，希望能够对当今的科研工作者有一定的帮助。

• 执着持久的科研热情

从发表第一篇研究论文至今，Munk在探知海洋七十多年的历程中始终保持着高涨的研究热情，而且涉及的领域涵盖海洋学研究的各个方面，截至2013年已正式发表论文和报告近300篇。当前我们身处前所未有的优良科研环境中，但是也会面对浮躁和诸多名利诱惑，作为科研工作者尤其是年轻的学者应当保持对科研的热情，以科学研究本身为初衷，把握机遇，开拓创新。

截至2013年Munk发表的论文或报告的数量统计

• 简单快乐的科研态度

Munk有属于自己的科研哲学。在他的办公室黑板两侧分别写着“Keep itsimple”、 “Make it fun”。这或许就是Munk从事海洋研究能够不断产生很多原创成果和思想的科研哲学。作为科研工作者需要将兴趣作为从事科学研究的第一动力，摒弃杂念，尽情地在科学研究中释放自己，获取快乐。

• 合作共赢的科研模式

贯穿Munk七十多年的科研生涯每一个阶段都有重要的合作者。Munk在其一生的科研生涯中始终体会到“1+1>2”带来的回报。科研本身是个集体项目，当今的科学研究早已跨越了单枪匹马独闯江湖的时代，这需要我们打破当前科研合作的种种壁垒，开启合作共赢的科研模式。

原文发表在《中国科学：地球科学》中文版2016年46卷12期

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