通过对中国地球物理学院士研究领域的发展趋势分析（图8.8），加之对该群体在固体地球物理学、大气物理学和空间物理学科技贡献的梳理，发现中国地球物理学院士的研究内容顺应时代的革新性较为明显，中国地球物理学的发展具有明显的时代特征；其中固体地球物理学的发展，从以主要服务于地质勘探、资源开采、地质灾害预测等领域的研究，向理论性较强的计算地球物理学和主要服务于航空航天的空间地球物理学等领域演进。

1）物理学院士与中国固体地球物理学的发展

固体地球物理学是相对于大气、海洋、空间物理学而言的，通过物理学的观点和研究方法对地球上的资源进行勘探、对地质灾害尤其是地震灾害进行研究、对地球科学进行理论计算等，中国固体地球物理学呈现深入化、理论化的发展趋势。

（1）中华人民共和国成立初期勘探地球物理学的兴起和专业人才的培养。

1949年中华人民共和国成立后，为迅速恢复和发展国民经济，国家急需发展地球勘探专业和培养一大批物理探矿人才，顾功叙、傅承义等人在这个过程中起到了重要的奠基作用。

图8.8　中国地球物理学院士研究领域发展趋势

1933—1934年，顾功叙在前往美国科罗拉多州矿业学院留学前，接受了中国近代地质学奠基者翁文灏、袁复礼和物理学家叶企孙3位教授的悉心指导。1936年，顾功叙硕士毕业后，在加州理工学院著名地球物理和地震学家古登堡教授的指导下，进行地球物理勘探研究。1938年顾功叙回国，可以说是中国第一位系统地掌握地球物理勘探学理论、方法和技术的学者。1949年，顾功叙举办了地球物理勘探训练班。1953年，参与创建了北京地质学院（现中国地质大学）地球物理勘探系，培养了大批中国地球物理探矿人才，同时还参与了“大庆油田发现过程中的地球科学工作”。1940年，傅承义进入加拿大麦吉尔大学物理系，师从当时最具声望的地球物理探矿学权威基斯（D.A.Keys）教授进修地球物理勘探专业。回国工作后，先后在北京大学、中国科学技术大学培养了数百名地球物理专业的本科毕业生和研究生。由此看出，顾功叙和傅承义院士在培养中国地球勘探人才方面贡献突出。

1939年，翁文波获得英国伦敦帝国大学博士学位回国后，成为中国石油勘探地球物理的创始人，指导了大庆地球物理勘探部署工作，并参加大庆石油会战，开创了磁法、电法、测井技术等勘探石油和天然气的先河，最终建立了一套适用于我国石油地球物理勘探的理论和方法。此外，秦馨菱较早地在中国开展利用磁法勘探铁矿规模及分布的研究，他用磁法在中国东北、大冶、白云鄂博等多处发现新矿体，并绘制了攀枝花铁矿图。

（2）1966年“邢台地震”后中国地震学的迅速发展。

20世纪60年代，正值“两弹一星”研制时期，一些地球物理学家为中国核事业的发展做出了贡献。傅承义完成了中国首次核试验地震观测工作。方俊致力于人造卫星轨道的地球引力摄动研究，为中国首颗人造卫星观测站的建立提供了初步的地面坐标参数。秦馨菱研制出气象火箭使用的双调频无线电遥测系统和雷达应答器，以保证氢弹空中爆炸点的定位和高空气象火箭的跟踪定位。

1966年邢台地震，一些老一辈地球科学家转入地震研究。顾功叙进行了中国内地地壳均衡改正研究。翁文波开始致力于天然地震的预测研究，并将灾害预测研究扩展到洪涝、干旱等自然灾害领域。据统计，翁文波先后做过252次各类天灾预测，实际发生了211次（83.73%），被人们誉为一代“天灾预测宗师”。同时我国地震学研究专业人才队伍也正在形成与发展，他们共同推动了我国地震学研究的迅速发展。

中国地震局地球物理研究所的研究人员在推动我国地震学发展方面贡献较多。曾融生早年在顾功叙和傅承义领导下从事地球物理勘探工作，在地震学研究领域，他在中国首先应用地震面波的相速度研究地壳构造，提出中国地壳的分区，并提出了张性盆地和盆地中强震发生的统一动力学模式，首次测定了柴达木盆地基岩界面的构造。1978年，研制出新一代模拟地震测深仪器；1990年，曾融生等完成了中国内地莫霍界面深度图的编制，并对中国内地地壳构造作了阐释。陈运泰院士开创了我国震源物理过程的研究工作，20世纪70年代，提出了震源物理过程中“质量迁移”、“震前蠕动”等新观点，出版专著《震源理论》；1981—1983年，在美国加州大学地球和行星物理研究所访学期间，与国际著名地震学家诺波夫（L.Knopoff）一起对地震震源动力学理论研究中的地震破裂模式、地震序列模拟研究做出了贡献；回国后，积极倡导和从事数字地震学研究，在国际上最早使用宽频带数字化地震仪装备，通过观测近震源地面加速度记录了反演天然地震的矩张量，进而获取了一批高质量的近震源强地面观测数据，以服务于我国地震学研究和防震减灾工作。1965年，陈颙毕业于中国科技大学地球物理系；1966年邢台地震后，陈颙一直在地震现场进行地震观测和震源物理理论研究；1974年后转入实验岩石物理学研究，所发现的岩石热开裂现象被应用于核电站的安全性监测；20世纪90年代，回归地震预测和地震灾害研究，首次编辑了全球地震危险性图和全球地震灾害预测图。

其他高校院所的地球物理学家在地震学研究方面也有所贡献。1957年，马在田毕业于苏联列宁格勒矿业学院地球物理系，回国后提出了“突出地震反射标准层方法”等，对发展中国地震勘探事业具有重要作用；后来在地震偏移成像和三维地震勘探方法研究方面取得了重大成果，受到国外地球物理界的高度重视。中国科学技术大学的徐世浙教授在土地电（地电流）机制方面的研究成果被应用于地震前兆预报研究。

（3）20世纪80年代以来中国计算地球物理学的上升势发展。

20世纪80年代前，我国本土固体地球物理学家已经开始陆续从事计算地球物理学的研究。1937年，方俊院士赴德国师从著名重力测量学家迈塞尔学习地球重力学；1938年回国后，成为中国大地重力学和地球形状学的创始人；1959年，推出平均重力异常为基础的方格模板计算方法，被一些教科书称为“方俊方格模板法”；20世纪70年代以来，在中国首先开拓了地球固体潮研究，并撰写了《固体潮》一书，同时开拓了中国地球自由振荡研究，为了解地球内部构造提供了新的重要途径。同济大学的马在田院士，从20世纪70年代开始从事计算地球物理学研究，领导创建了中国大型计算机地震勘探数据处理系统。中国科学技术大学的徐世浙院士致力于地球物理数值计算方法的研究，在国内最早将理论物理中的有限元法和力学中的边界单元法，应用于勘探地球物理学，使地球物理场的计算更加准确和科学。(www.daowen.com)

20世纪80年代中期以来，石耀霖、杨文采、陈晓非等中国杰出的计算地球物理学家从海外留学归来，他们向中国引进了当时最先进的固体地球物理理论与研究方法，推动了中国固体地球物理学向纵深发展，同时开始跟踪国际地球物理学前沿。

1986年，石耀霖获得美国加州伯克利大学博士学位；1988年回国后，开始了地球动力学的数值模拟研究，率先开展地球动力学中变形、热传递和孔隙流体复杂耦合作用的定量模拟研究，开拓了地热构造学这一研究方向；对有限单元数值计算方法做了多种改进，首次提出有限单元法的偏微分方程逆问题求解方法（即遗传算法），并将遗传算法应用于地质学研究，同时开展了千万网格量级的有限单元法计算，将高性能计算应用于地球动力学中，从而解决了复杂地质条件下地球动力学呈现的一些问题；将流体力学中的迎风法和计算机科学中的变网格技术相结合，发展出一种新的计算技术，并将这种计算技术应用于地球动力学，提出了三维动力学模型，填补了中国本土固体地球物理这方面的空白。1984年，杨文采获得加拿大麦吉尔大学博士学位，与傅承义是校友；回国后，他主要从事应用地球物理学中的反演方法研究，基于泛函分析建立了一个适用于多种勘探地球物理方法的反演理论框架，并开拓了非线性地震反演的新方向；研究出基于弯曲射线追踪的跨孔CT方法，并应用于地震层析成像工程勘察中；20世纪90年代末，提出并参与了“中国内地科学钻探工程”，为此建立了深反射地震资料处理软件系统和中国第一个深反射地震资料处理中心。1991年，陈晓非师从国际著名地震学家KeiitiAki，获得美国南加州大学地球物理学博士学位；1996年回国后相继在北京大学、中国科学技术大学、南方科技大学任教，长期从事地震波传播理论与数值模拟研究，提出了有关地震波在不规则层状地球介质中激发与传播的计算方法，该计算方法还适用于解决界面弯曲幅度较大的问题，同时建立了描述横向非均匀地球介质中地震面波的激发与传播的理论公式，提出了一种计算平行层状地球介质中面波频散及简正振型的理论方法。

此外，在地磁学领域，朱日祥院士与潘永信院士研究成果突出。朱日祥是国内地质时期地磁场古强度研究领域的开拓者，他将古地磁学的研究范畴拓展到地球内部，论证了地磁极性倒转频率与地磁场强度呈负相关，同时所进行的“华北克拉通破坏”的研究获得2017年国家自然科学奖二等奖。潘永信从事地球物理与磁学的交叉领域研究，在岩石磁学方面，从实验角度研究了各种岩石和沉积物中磁性矿物的特征、形成和相互转换；在地球磁场古强度研究方面，利用中国黄土沉积序列研究地球磁场的相对古强度变化，他拓宽了现有相对古强度的研究材料，近几年致力于探索和建立地球动力学模型的研究。

2）物理学院士与中国大气物理学的发展

中国大气物理学的“鼻祖”当属赵九章院士。20世纪60年代前，为适应国家对大气物理学的不同需求，他不断更换研究领域将大气物理学应用于实际问题的解决；20世纪60年代投入到中国首颗人造卫星的研制中。20世纪80年代后，中国新生长出许多专业的大气物理学研究人才，中国科学院大气物理研究所的吴国雄、吕达仁、石广玉院士推进了中国大气动力学和大气辐射模式的研究。

赵九章1935年赴柏林大学师从著名气象学家菲克尔，1938年获得博士学位后回国发展；1944年，他接替竺可桢主持“中央研究院”气象研究所工作，为中国天气分析预报与气象资料研究做出了奠基性的贡献；20世纪50年代以来，在改变局部小气候、人工降水、海域海浪及波谱研究等领域做出了突出贡献，其中人工降水开辟了中国云雾物理研究的新领域；1958年，赵九章开始负责中国首颗人造卫星的准备工作，作为“东方红一号”卫星的总设计师，提出了“中国发展人造卫星要走自力更生的道路，要由小到大，由低级到高级”的指导方针，研制出了人造卫星使用的多普勒测速定位系统和信标机，基于他在中国人造卫星事业做出的杰出贡献，授予了“两弹一星”功勋奖章的荣誉。

1983年，吴国雄获得英国伦敦大学物理学博士学位，1984年回国后工作于中国科学院大气物理研究所，在大气动力学研究领域最杰出的贡献是，创立了完整的“倾斜涡度发展”（SVD）理论，并将该理论应用到饱和湿空气中，得到饱和湿空气中的SVD理论，同时还开展了创新性气候动力研究，所进行的“海陆气相互作用及其对副热带高压和我国气候的影响”研究获得2007年国家自然科学奖二等奖。1980年，吕达仁院士在国际上首先提出微波主-被动联合遥感降水分布的原理及反演方法，主持研制出我国第一台自主研发的平流层大气晴空探测雷达，在该雷达和高空气球所探测的资料的基础上，对平流层重力波频谱结构和对流风暴激发平流层重力波的机制进行了深入的研究。石广玉院士利用吸收系数重排的方法处理相关“k-分布大气辐射模式”，为新型大气辐射模式的发展做出了重要贡献，同时参与了多项与气候变化和大气化学有关的国际合作研究。

3）物理学院士与中国空间物理学的发展

空间物理学相对天体物理学而言，其研究对象是除天体外的宇宙空间；相对大气物理学而言，研究的是高层大气物理学的内容。中国物理学院士在空间物理学中的电离层物理学、磁层物理学、空间物理探测、高层大气物理学等领域均有着突出的贡献与成就。

在电离层物理学领域，中国科学院武汉物理研究所的李钧院士与其学生万卫星院士贡献突出。李钧最早在中国开展电离层不均匀结构和漂移的实验与理论研究，研制出了高频多普勒接收机以进行电离层声重波观测，在传播逆问题中提出了电离层扰动新方法，在电离层扰动的无线电诊断研究中完善了电波传播广义射线理论。20世纪90年代以来，李钧带领课题组为我国“神舟”飞船的试飞做了高精度的定位、定轨工作，李钧院士关于电离层物理的研究丰富了我国空间物理理论，为卫星通信、航空航天事业的发展做出了贡献。李钧院士的首批研究生万卫星，在电离层与大气层的耦合研究、电波广义射线传播理论、电离层扰动的高频诊断、电离层扰动地区特性、空间工程中的电磁波传播修正等方面取得了一些重要成果，万卫星进行的“电离层变化性的驱动过程”获得2015年国家自然科学奖二等奖。

在磁层物理学研究领域，20世纪60年代以来，刘振兴院士开始了空间磁层物理研究，提出了木星磁层磁盘模式，该模型在剑桥大学出版的《木星磁层物理》一书中被称为“刘氏模型”。1985年，刘振兴建立了流体涡旋诱发重联（VIR）理论，在此基础上建立了一个通量传输事件（FTEs）模型，被认为是当前该领域3个瞬时重联模型之一。1997年，他提出了“地球空间双星探测计划”，双星计划的赤道区卫星和极区卫星分别于2003年12月和2004年7月发射成功。此外，由北京大学濮祖荫主持，刘振兴参与的“地球外太空磁层能量传输与释放研究”获得2001年国家自然科学奖二等奖。

在空间物理探测领域，魏奉思院士提出了耀斑激波传播的三维非对称性物理模型，并对磁云边界层的结构进行了分析；还提出一种综合IPS观测、动力学过程和模糊数学来预测地磁扰动的新方法，同时发现日冕物质的输出结构受太阳磁结构控制的规律。1993年，魏奉思提出了“东半球空间环境地面综合监测子午链”——“子午工程”的科学构想，同时创建了中国科学院日球物理数值开放实验室（2009年更名为中科院空间天气学国家重点实验室），该实验室是我国空间科学领域唯一的国家重点实验室，在魏奉思的带领下，实验室研究人员开辟了我国空间天气探测和研究的新方向。

在高层大气物理学研究领域，中国科学技术大学地球和空间科学学院的窦贤康院士建立了一支中高层大气研究团队，该团队独立自主研制了Mie-Rayleigh-Na荧光双波长激光雷达和车载多普勒测风激光雷达两种先进的实验系统，在国内首次利用这些激光雷达对中高层大气的风场进行观测，在利用自主观测数据，并配合国内外其他数据的基础上，揭示了我国上空的突发钠层与流星注入以及电离层Es之间的强关联性，这些为中高层大气动力学的研究奠定了重要基础。此外，北京大学地球物理系的涂传诒院士，在太阳大气物理学研究领域成果突出，建立了太阳风湍流的结构模型，提出了太阳风中湍流串级理论和太阳风质子加热理论，揭示了太阳风中阿尔芬脉动的本质，其主持的“太阳风中磁流体湍流的本质”荣获2001年国家自然科学奖二等奖。

此外，在海洋物理研究领域，20世纪60年代初，刘光鼎院士在国内组建了一支海洋地球物理勘探队伍，主编《中国海地质地球物理系列图》和《中国海地质地球物理特征》。20世纪80年代后，刘光鼎致力于海洋油气资源的勘探研究，在中国近海内地架地区发现一系列含油气构造，为中国后来开发海洋石油资源奠定了基础。