1945年，叶笃正被选派赴美留学，师从芝加哥大学气象系主任罗斯贝，求学期间叶笃正发表重要论文10多篇，博士论文《关于大气能量频散传播》中提出大气运动的“长波能量频散理论”，被誉为动力气象学的三大经典理论之一，叶笃正则成为以罗斯贝为代表的“芝加哥学派”的主要成员之一。
　　因为在学术界的头角崭露，1948年刚刚博士毕业的叶笃正就获得了年薪4300美元的工作。但他乡再好，亦非吾家，新中国成立的消息传来后，叶笃正立即决定与冯慧回国，当时辗转同乘一艘船回国的。叶笃正回国后，被任命为中国科学院地球物理研究所北京工作站主任，在北京西直门内北魏胡同一座破旧的房子里开始了艰苦的工作。
　　在那个一穷二白的时代，叶笃正在老师竺可桢、赵久章等人的带领下，和十几个同事一起，将一个连高空图都不具备的气象室，发展成为囊括所有大气科学分支的大气科学研究所。
　　1953年，叶笃正与同事提出了东亚大气环流突变概念，并展开了气候突变问题的系统研究。这些发现和理论成为研究东亚气象学问题的重要文献，奠定了中国天气预报的重要基础，领先国外学者20多年。1957年，他又率先發现了冬季高原南北两侧的两支西风急流，并揭示了其对东亚大气环流和气候变化的重要作用，随后又率先提出高原之于大气，夏季是热源，冬季是冷源。因为叶笃正的发现与研究，国际上才接受了地形热力作用的概念，为青藏高原气象学的建立奠定了科学基础。
　　一直到90岁叶笃正仍在坚持工作，真正把一生献给了气象学和他的祖国。
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