蒙 克，循着波浪不断前行的海洋学家

撰文｜王巍

蒙 克，循着波浪不断前行的海洋学家

撰文｜王巍

蒙克的每一项研究和发现都因具有重要意义而永载史册，但他从未停止探索的脚步。对他来说，科学研究就好像地球自转一样，既没有开始，也没有终结。可以无愧地说，在物理海洋学界，他是一代宗师，永远受后学尊敬，他是属于全世界的。

蒙克（Walter HenrichMunk），美籍奥地利地球物理学家、海洋学家。1917年10月19日生于奥地利维也纳。1932年移居美国，1939年入美国国籍。1939年毕业于加利福尼亚大学，获应用物理学学士学位，1941年获卡尔特什大学地球物理学硕士学位，1947年获加利福尼亚大学海洋学博士学位。历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），加利福尼亚大学地球物理和行星物理研究所所长（1959年起），并兼任拉霍亚实验室主任。1948年后兼任挪威的奥斯陆古根海姆基金会研究员，1955-1962年兼任剑桥大学海洋学顾问委员会顾问。此外，他还是美国人文科学院、美国哲学学会、美国地球物理协会和德国莱奥波尔迪内科学院自然科学研究部的会员。1956年当选为美国国家科学院院士。蒙克研究的领域十分广泛，在海洋科学上研究海浪、潮汐、风海流、海洋湍流和海洋声学，在地球物理学上研究地球自转理论，在各研究领域上均有重要贡献。

战场立奇功的“海浪预报”

1944年6月6日，欧洲盟军在诺曼底登陆，成功开辟了欧洲第二战场。同年10月20日清晨，美军成功登陆莱特岛，并在3天后的莱特湾大海战中重创日本海军。盟军在诺曼底和莱特岛的顺利登陆，“海浪预报”起了极为重要的作用，而受美军空军气象局海洋部委托完成“海浪预报”的两位海洋科学家，一位是H.U.斯韦尔德鲁普，另一位就是W.H.蒙克。

蒙克在和他的导师斯韦尔德鲁普接受并进行“海浪预报”研究时，可谓困难重重，不仅该方面完全无人涉及，就连海浪的理论研究也只处于初步探索阶段。两人在研究后认为，应将理论与实际经验结合起来。虽然早期的观测资料不够系统和精确，但可以通过数据处理的方式去伪存真；尽管原有的液体波动理论太过理想化，不能应用于实际，然而可以通过经验和现场观测予以改进。因此他们利用原有成果，通过半理论半经验的方式找出了有关风浪成长，涌浪的产生、传播和衰减的规律（涌浪通常是指风浪离开风吹的区域后所形成的波浪）以及近岸波的变化规律。蒙克等人还从复杂的海面抽象出一种所谓的有效波来进行分析，并提出“最小风时”等重要概念，从而建立了海浪理论，把风浪和涌浪看成是一个完整的体系。

广泛的海洋科学研究

蒙克对海洋科学的研究十分广泛。1952年，他与雷弗尔（R.Revelle）研究了平均海平面的常年变化，提出在最近数十年间，平均海平面以大约每年1毫米的比率上升。1959年蒙克研究了平衡极潮的起因及其对极移（地球自转轴相对于地球本体的位置是变化的，这种运动称为地极移动，简称极移）的影响，论证了存在周期大致为14个月的“极潮汐”。1960年蒙克在增加考虑地球的弹性因素之后得出极潮汐振幅的数值在0.5厘米左右。

在对海流现象的研究中，蒙克于1959年建立行星风应力涡度、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，从涡度平衡的观点来说明大洋环流西向强化的原因。

在对海洋湍流现象的研究中，蒙克根据海洋中涡动黏度的经验确定，得出铅直涡动黏度和涡动扩散系数与理查孙数关系的表达式。

在对海水温度变化的研究中，蒙克开创了用声波测量海水温度变化的先河。声波测温原理是由于声波在暖水中的传播速度比在冷水中快，通过反复测量音频脉冲在海水中穿行数千千米所用的时间，便可以测出一定时间里海水是否在逐渐升温。这种方法可应用于监测温室气体向大气中排放所造成的全球范围内的海洋变暖现象。蒙克初步计算表明，大气中积累的温室气体可以使1000米深处的海水在一年内升温0.005摄氏度，这用传统的方法是绝对无法检测出来的。

新颖的“潮汐响应分析”

海洋潮汐学传统的研究分析方法是把地球上任意一点的潮位变化按照展开式的谱波向分解为许多分潮，并根据潮位观测数据来计算各分潮的振幅和相位。该方法即潮汐调和分析，也称潮汐波谱分析。蒙克认为，调和分析法虽然考虑到了月球、太阳的引潮力，却未考虑太阳辐射的影响，该辐射只对面向太阳的一面才起作用，可引起辐射潮。据此蒙克与卡特莱特（D.E.Cartwright）于1966年提出了“潮汐响应分析”法。这种潮汐谱分析方法，允许出现各种本底噪声，能客观地分析出各种可能的振动，并能将具有相同频率而来源不同的各种振动分离出来。他们以这种潮汐响应分析法对檀香山和纽莱因的潮位做实例计算，预报出的潮汐精度高于调和分析法。

蒙克的这一方法在学术界广泛传播，在我国也得到了应用。1991年用响应分析法计算了中国10个站的太阳半日分潮的辐射分潮，结合数学上的抛物线插值法给出了中国沿岸太阳半日分潮的辐射潮与引力潮的平均振幅比，得到平均迟角差。1992年应用响应分析法研究了中国沿岸太阳辐射潮对平均海面季节变化的影响。

逆向思维的“海洋声学层析术”

“海洋声学层析术”是利用声学方法在大范围的海域上测量海洋动力特征的一种遥感技术。蒙克利用逆向思维，通过声波在海水中的传播速度来反推海水的温度、盐度、流向和流速。之后，把这种逆向反演的方法与计算技术结合起来，发展成为了海洋声学层析术。

在进行海洋声学层析测量时，在所测海域周围布设一系列水声发射和接收换能器，通过精确地测量水中声波传播的时间，计算出声波传播的速度。然后应用电子计算机对取得的声波平均速度和往复速度差进行逆向运算，就可以得出所测水域中的温度、盐度、流速、流向等海洋水文环境要素的分布状况。

诺曼底登陆

蒙克在20世纪70年代末提出该技术后，到现在已有了广泛的应用。如使用100~200赫的声波，可以进行100万平方千米海域的层析观察、监测中尺度涡等中尺度海洋动力过程。值得一提的是，中尺度涡是海洋中的一种重要现象，预先了解它的动力过程，便可利用其提供长期天气预报服务。

蒙克的每一项研究和发现都因具有重要意义而永载史册，但他从未停止探索的脚步。对他来说，科学研究如同地球自转，即没有开始，也没有终结。可以无愧地说，在物理海洋学界，他是一代宗师，永远受后学尊敬，他是属于全世界的。