叶笃正1916年2月出生于天津，14岁时，考入南开中学。1935年，“一二·九”运动爆发，刚考入清华大学的叶笃正随大学生救亡团参加了军队。两年后，他回到学校，在乒乓球台旁结识了学长钱三强。在这位日后中国重要的核物理学家的影响下，叶笃正放弃了本来打算学习的物理学，选择了对国家更为实用的气象学。
1945年，叶笃正留学美国，师从世界著名气象和海洋学家罗斯贝。罗斯贝坚持一切从事实出发，鼓励大胆质疑的治学精神，这对叶笃正影响很深。在老师的指导下，凭着勤奋和聪明，叶笃正在留美期间发表了多篇重要学术论文。特别是他的博士论文中的“长波能量频散理论”，由于发展了老师罗斯贝的“大气动力理论”，使他蜚声国际气象界。
这时，新中国成立的消息传到美国，叶笃正毅然决定回国。当时，不少同学劝叶笃正留在美国，他们说：“你现在有这么好的工作，这么高的工资，何必回去受苦，留下吧！”叶笃正对他们说：“我是中国人，我要回祖国工作！”这时，当时的美国气象局主管科研的怀斯特博士几次从华盛顿给叶笃正打电话，高工资邀他到美国气象局工作，结果都被叶笃正婉言拒绝了。后来怀斯特又几次请叶笃正的导师罗斯贝劝他到华盛顿工作，叶笃正对导师罗斯贝说：“我觉得新中国是有希望的，我想为自己的国家做点事。”罗斯贝被感动了，在他的帮助下，1950年10月，就在新中国正欢度第一个国庆日时，叶笃正终于登上了归国的轮船，辗转回到祖国。
回国后，叶笃正被任命为中国科学院地球物理研究所北京工作站主任，在西直门内北魏胡同一幢破旧的房子里，他开始了中国的气象研究。当时，整个气象室只有十几个人，连一张最基本的天气图都没有。绘制出第一张500毫巴地面图（相当于5公里左右高度的天气图）时，气象室全体人员特别庆贺了一番。从此，“天有不测风云”的时代在中国结束了。
叶笃正在纷繁的工作中，教书、育人、创业，年复一年地着手建设中国的气象科学。平时，他总是随身带着一个小本子，想到什么就立刻记下来，即使是工间10分钟的时间也不例外。在研究中，他发现：在青藏高原以南和以北有两股强西风向东吹，青藏高原好比一个巨大的屏障，使它们的位置比较稳定，越往东走，两股气流的距离越近，最后合成一股，到了日本风力最强。他还用当时最先进的手段和分析方法研究了东亚大气环流的演变，认为东亚大气环流的演变不像以往人们认为是渐变的，而是有个突变过程。回国后的第七年，叶笃正把这些重大发现写进了《大气环流的若干基本问题》一书中，并写了论文寄给罗斯贝教授主办的《瑞典气象》杂志发表。许多外国气象学家看了都很惊讶，想不到中国气象专家能在这么短的时间内把东亚大气环流的许多基本问题摸清。
20世纪40年代以前，气象学家普遍认为，大气的环流主要是气压分布不均匀产生运动的结果，气压场在其中起了主要作用，而叶笃正的导师罗斯贝教授则提出，气压场不是主导，风场是主导。
“真理只能有一个，到底古老的想法是对的，还是老师的理论对？”叶笃正经过反复研究后发现，古老的想法对，老师的想法也对——若以数千公里以上的环流为对象，则古典理论正确；若以千余公里环流为对象，则老师的理论正确。于是，研究对象一大一小，得出完全不同的结论。叶笃正的发现，解决了国际气象学界长期以来争议不休的一个重要问题，得到学术界的一致好评。
如今，温室效应、全球变暖等已是人们耳熟能详的词汇。然而，在20世纪80年代，意识到这个问题的人还很少。当许多人都沉浸在经济飞速发展的喜悦中时，叶笃正却怀着一份深深的忧虑。他看到近百年来人类的无序活动造成了环境的急剧恶化，首次提出了“全球变化”的课题。1984年，几位美国气象学家专程来到中国，寻求叶笃正的支持。这次合作的成果，被叶笃正认为是自己最大的贡献。从那时起，他一直致力于旨在充分利用全球变暖的正面效应、降低其负面效应的研究。2003年，叶笃正提出了“有序人类活动”的概念。他认为：“地球上生存的每个人都需要理解这个问题。这不是一两个人的事情，而是全人类要共同面对的。”也就是在这一年，87岁的叶笃正成为第一个获得国际气象界的“诺贝尔奖”——“国际气象组织奖”的中国人。因为在“全球变化”领域的突出贡献，他被世界气象组织誉为“全球变化研究的开创者”。
2013年10月16日，叶笃正院士因病在北京逝世，享年98岁。
知识链接
1981年，叶笃正被选为芬兰科学院外籍院士；1982年，被授予英国皇家气象学会荣誉会员；1990年，被授予美国气象学会荣誉会员；2004年，获得了有“气象诺贝尔奖”之称的国际气象组织奖。2005年，获得国家最高科学技术奖。2007年2月，被授予“感动中国2006年度人物”荣誉称号。2010年5月4日，国际小行星中心先后发布公报通知国际社会，将国际永久编号第27895号小行星永久命名为“叶笃正星”。
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