Введение

Американский метеоролог Джозеф Смагоринский (29 января 1924 - 21 сентября 2005) был американским метеорологом и первым директором Национальной администрации океанических и атмосферных исследований (NOAA) Геофизической лаборатории динамики жидкостей (GFDL).

Ранние годы

Джозеф Смагорьинский родился от Натана Смагорьинского и Дины Азаров. Его родители были из Гомеля, Белоруссия, откуда бежали во время угрожающих жизни погромов начала 20-го века. Нафан и Дина родили в Гомеле троих сыновей: Иакова (умершего в младенчестве), Самуила (родился в 1903 году) и Давида (родился в 1907 году). В 1913 году Нейтан эмигрировал с побережья Финляндии, проехал через остров Эллис и поселился в Lower East Side на Манхэттене. Натан сначала работал маляром. Затем, с помощью родственника, он открыл красочный магазин. В 1916 году, когда бизнес был создан, Дина, Сэм и Дэвид эмигрировали в Мурманск, а затем на юг вдоль норвежского побережья в Кристиану (ныне Осло) и на лодке в Нью-Йорк, где они присоединились к Нейтану. У них было еще двое детей: Хиллель (Гарри) (родился в 1919 году) и Джозеф (родился в 1924 году). Как и его три брата, Джозеф работал в магазине красок своего отца, который с годами превратился в магазин оборудования и красок. Сэм и Гарри остались в бизнесе с красками и железной техникой, а Гарри в конечном итоге стал владельцем оригинального магазина. В подростковом возрасте Дэвид начал рисовать вывески для владельцев магазинов, а затем открыл свой бизнес. Джозеф учился в средней школе Стьювесанта по математике и науке на Манхэттене. Когда он выразил желание поступить в колледж, семья провела совещание, на котором обсуждалась эта возможность. Сэм и Дэвид были убеждены, что у Джозефа есть большие перспективы и он заслуживает возможности поступить в колледж.

Образование и начало карьеры

Смагоринский получил степень бакалавра (1947), магистра (1948), доктора философии (1948). Д. (1953) в Нью-Йоркском университете (NYU). После войны Смагорский закончил учебу. Первоначально он стремился стать военно-морским архитектором, но не был принят в Институт Уэбба. Затем он обратился к метеорологии как к карьере и образовательному направлению. Будучи докторантом, он посетил лекцию по прогнозированию погоды, проведенную Джулью Чарни, и задал ряд острых вопросов во время сессии вопросов и ответов после лекции. Чарни, выдающийся ученый-атмосферист, пригласил Смагоринского в Институт перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, чтобы изучить возможную предсказуемость крупномасштабных движений в средней тропосфере (нижней части атмосферы) с использованием нового электронного компьютера, разработанного Джоном фон Нейманном. В апреле 1950 года Смагоринский участвовал в крупной вехой современной метеорологии; вместе с Рагнаром Фьёртофтом, Джоном Фрименом и Джорджем Плацманом он работал с Чарни над решением простейших уравнений Чарни на электронном цифровом интеграторе и компьютере (ENIAC). Его жена Маргарет Смагоринская (урождённая Кноепфел) также была членом команды, которая запрограммировала компьютер ENIAC, и была первой женщиной-статистиком, нанятой в Бюро погоды. Новый компьютер фон Ноймана в Принстоне был отложен, поэтому были приняты меры с армией, чтобы использовать его компьютер в Абердине, штат Мэриленд. Результаты были достаточно реалистичными, чтобы продемонстрировать, что прогнозирование погоды с помощью численного процесса было многообещающей перспективой. После работы в ENIAC, Смагоринский переехал в Институт перспективных исследований, чтобы работать с Чарни и фон Нейманном над разработкой радикально нового подхода к прогнозированию погоды, который использовал новую технологию компьютера. До появления компьютеров в конце 1940-х прогнозирование погоды было очень грубым. Американское метеорологическое общество (AMS) и его руководители, большинство из которых преподавали в университетах, по-прежнему стремились превратить метеорологию в профессиональную дисциплину, при условии, что инженерные и другие физические науки будут уважаться. Выдающийся математик фон Нейман был одним из первых, кто увидел потенциал, предоставляемый компьютерами для гораздо более быстрой обработки данных и, следовательно, более отзывчивого прогнозирования погоды. Он не был удовлетворен математикой как абстрактной практикой. Прогнозирование погоды дало ему очень конкретное применение математических принципов, которые могли использовать новую компьютерную технологию. В Институте передовых исследований он использовал свои математические знания, а Смагоринский работал с Чарни над разработкой нового подхода, называемого численным прогнозом погоды. Этот подход основывался на данных, собранных из метеорологических шаров. Затем данные вводились в компьютеры и подвергались физическим законам, что позволяло прогнозировать, как турбулентность, вода, тепло и другие факторы взаимодействуют, чтобы создать погодные условия. (Смагоринский завоевал любовь своих детей, посещая их классы начальной школы, чтобы продемонстрировать, как работают воздушные шары.) В своей докторской диссертации, проведенной в Нью-Йоркском университете под руководством Бернарда Хаурвица, Смагоринский разработал новую теорию о том, как источники тепла и осадки в средних широтах, созданные тепловым контрастом между сушей и океанами, нарушают путь струи. Эта теория стала одним из первых применений замечательного упрощения уравнений движения атмосферы, разработанного Жюлем Шарни, которое теперь известно как квазигеострофическая теория. Эта работа получила большую пользу от взаимодействия с Чарни в Институте перспективных исследований. Эта теория была разработана на протяжении многих лет, чтобы предоставить многочисленные представления о поддержании климата в средних широтах и взаимодействии между тропиками и средними широтами.

Руководство лаборатории геофизической динамики жидкостей

После обучения и работы с фон Нейманном и Чарни, в 1953 году, в возрасте 29 лет, Смагоринский принял должность в Бюро погоды США и был одним из пионеров Объединенного подразделения численного прогнозирования погоды. В 1955 году по инициативе фон Неймана, американское бюро погоды создало Общий отдел исследований циркуляции под руководством Смагорьинского. Смагоринский считал, что его задача состоит в том, чтобы продолжить последний шаг программы компьютерного моделирования фон Неймана / Чарни: трехмерную, глобальную, примитивную модель общей циркуляции атмосферы. Раздел исследований общей циркуляции первоначально находился в Сютленде, штат Мэриленд, недалеко от подразделения JNWP метеорологического бюро. В 1959 году отдел переехал в Вашингтон, округ Колумбия, и был переименован в Общую исследовательскую лабораторию циркуляции, а затем в 1963 году снова переименован в Лабораторию геофизической динамики жидкостей (GFDL). Лаборатория переехала в свой нынешний дом в Принстонском университете в 1968 году. Смагоринский продолжал руководить лабораторией до своей отставки в январе 1983 года. Ключевым открытием Смагоринского было то, что растущая мощность компьютеров позволит человеку выйти за рамки моделирования эволюции атмосферы в течение нескольких дней, как в прогнозе погоды, и двигаться к моделированию климата Земли. Цель таких симуляций - не предсказать детальную эволюцию погоды, а интегрировать уравнения движения, термодинамики и радиационного переноса в течение достаточно длительных периодов времени, чтобы смоделировать статистику погоды - климата - позволяя изучать, как эта статистика контролировалась атмосферным составом, характером поверхности Земли и циркуляцией океанов.

Руководил лабораторией геофизической динамики жидкостей

Среди многих талантов Смагорьинского было привлечение творческих ученых в персонал GFDL. Двое из них - климатический модельер Сиукуро Манабе в 1959 году и океанический модельер Кирк Брайан в 1961 году, возглавивший разработку первой климатической модели в 1969 году, модели общей циркуляции, которая была первым подходом, учитывающим взаимодействие океанов и атмосферы. Смагоринский назначил Манабе на работу по кодированию и разработке модели общего циркуляции (GCM). К 1963 году Смагоринский, Манабе и их сотрудники завершили девятиуровневую, полусферную примитивную уравнение Модель общего циркуляции. Манабе получил большой штат программистов и, таким образом, смог сосредоточиться на математической структуре моделей, не слишком вовлекаясь в кодирование. В 1955-56 годах Смагоринский сотрудничал с Джоном фон Нейманном, Джулью Чарни и Норманом Филлипсом для разработки двухуровневой, зональной полусферной модели с использованием подмножества примитивных уравнений. Начиная с 1959 года, он приступил к разработке девятиуровневого примитивного уравнения Модели общего циркуляции (все еще полусферного). К концу следующего десятилетия ГМК стали центральным инструментом в исследованиях климата. Другие исследователи, которые работали со Смагоринским в Вашингтоне и Принстоне, включали Исидоро Орлански, Джерри Махльмана, Сюкуро Манабе, Йосио Курихара, Кикуро Миякода, Рода Грэма, Лита Холлоуэя, Айзека Хелда, Гаррета Уильямса, Джорджа Филандера и Дугласа Лилли. Разработка этой первой климатической модели была основана на убеждении Смагоринского, что индивидуальные исследования будут неадекватными для решения такой сложной проблемы. Он понял, что для достижения такого прорыва потребуется масштабное численное моделирование с командами ученых, использующих общераспространенные высокоскоростные компьютеры. Как говорилось в "Бюллетене Американского метеорологического общества" в 1992 году, "последование доктором Смагоринским совершенства в лаборатории геофизической динамики жидкостей установило стандарт для других лабораторий и центров, которые внесли огромный вклад в развитие метеорологии как науки" во всем мире. Майкл МакКракен, президент Международной ассоциации метеорологии и атмосферных наук, написал после смерти Смагоринского, что "с самых первых дней GFDL была всемирно известна, с выдающимся набором ученых, делающих выдающуюся работу, которая привлекала ученых со всего мира, чтобы они пришли учиться и сотрудничать, а затем возвращаться в свои страны или другие учреждения как выдающиеся ученые. Создано не только совершенно новое научное поле исследований, но и сообщество ученых, способных хорошо заниматься этим". Смагоринский пригласил многих ученых из-за пределов обычного круга, чтобы предоставить самую широкую перспективу по прогнозам погоды. В самом начале своей карьеры он привёл в GFDL первопроходца в области океанографии Кирка Брайана, чтобы объяснить влияние океанов на погоду; и вскоре после Второй мировой войны, когда страна Японии все еще была подозрительной, он пригласил Суки Манабе, Йосио Курихару и Кикуро Миякоду в GFDL, оценив их научный опыт и потенциал и игнорируя ксенофобию, которая могла бы помешать такому международному сотрудничеству. Он продолжил эту практику приглашения ученых в GFDL, которые могли бы взять на себя проект создания всеобъемлющей теории атмосферных процессов, оценивая талант и творчество над тем, что он считал несущественными факторами, такими как область или национальность. Джерри Махлман, который сменил Смагоринского на посту директора GFDL в Принстоне, пишет, что Смагоринский "не имел реального интереса к "университетской научной культуре", которая по-прежнему имеет тенденцию считать научные публикации, а не научные достижения, как меру успеха факультета. Джо не согласится на это. Он хотел, чтобы молодые ученые, такие как мы, сосредоточились на решении сложных научных проблем, имеющих большое значение для NOAA, Соединенных Штатов и всего мира. - Да . - Да . Без поддержки и поощрения Джо, Манабе написал бы первую статью о науке глобального потепления в 1967 году? Может быть, Брайан создал первую в мире модель океана в 1970 году? Манабе и Брайан создали бы первую в мире модель атмосферы-океана в 1972 году? Я бы создал первую всеобъемлющую стратосферную динамическую/химическую модель? Может быть, Миякода был первопроходцем в области прогнозирования погоды на большие расстояния? В моём и...

Технические инновации

Смагоринский прославился своей способностью заново и снова запускать в свою лабораторию самые быстрые компьютеры в мире. Многие удивлялись, как один правительственный ученый мог оказать такое влияние в очень конкурентной борьбе за ограниченные ресурсы. Джерри Махлман писал, что "без научной и вычислительной поддержки, которую обеспечивает Джо, эти достижения [глобальное потепление, все более сложные компьютерные модели, расширенное прогнозирование погоды] потребовали бы, по крайней мере, еще десятилетия развития". Это замечание о том, что Смагоринский продвинул свою область исследований по крайней мере на десять лет, было повторено несколькими ораторами на его мемориале.

Влияние на исследования глобального потепления

В 1970-х годах под руководством доктора Смагоринского ученые из его лаборатории разработали первые моделирования реакции климата на увеличение содержания углекислого газа в атмосфере, предоставив первые современные оценки чувствительности климата и подчеркнув важность обратной связи водяного пара и стратосферного охлаждения. Ученые лаборатории также разработали первые модели климата с соединенной атмосферой и океаном для изучения глобального потепления, подчеркивая важные различия между "равновесными" и "переходными" реакциями на увеличение углекислого газа.

Основные публикации

Смагоринский, Дж., 1995: Рост динамической метеорологии и численного прогнозирования погоды некоторые личные размышления. В канадских метеорологических мемуарах No. 32: Специальный симпозиум по исследованию атмосферы в Канаде в честь пятидесяти лет государственной службы доктора Уоррена Л. Годсона, Венката Р. Нералла [и др.,] редакция, 4856. Smagorinsky, J., 1993: Некоторые исторические замечания по использованию нелинейных вязкостей 1.1 Вводные замечания. В, Большое симуляция вихря сложных инженерных и геофизических потоков Процедуры международного семинара по симуляции больших вихрей. Кембриджская университетская пресса; 134. Смагоринский, Дж., 1991: Развитие международных климатических исследований. В, Стратегии будущих климатических исследований, Можиб Латиф, ред., Гамбург: Институт Макса Планка по метеорологии; 918. Смагоринский, Дж., 1987: Луис Джозеф Баттан, 19231986 Бюллетень Американского метеорологического общества, 68(4), 370. Smagorinsky, J., 1986: Продолжающаяся роль AMS в содействии коммуникациям и установлении стандартов. Бюллетень Американского метеорологического общества, 678), 938. Смагоринский, Дж., 1986: Цели GARP в прогнозировании погоды: ожидания и реализация. В, Международная конференция по результатам глобального климатического эксперимента и их последствиям для мирового наблюдения за погодой, том. Я, Женева, Швейцария, 19-34. Смагоринский, Дж., 1986: Глаз Джерри Намиаса на большую дальность. В, Симпозиум Намиаса Специальный симпозиум в честь 75-летия д-ра Джерома Намиаса. Центр экспериментального прогнозирования климата Института океанографии Скриппса, Калифорнийский университет в Сан-Диего, Калифорния: 6369. Смагоринский, Дж., 1986: Обзор книги: "Пророк или профессор? Жизнь и творчество Льюиса Фрая Ричардсона, Оливера Эшфорда и Адама Хилгера. ЭОС, 67 (3), 28. Смагоринский, Дж., 1985: Перспективы моделирования атмосферы и его влияние на прогнозирование погоды. В, Прогнозы погоды среднего диапазона: первые 10 лет, Сборник материалов 10-летия EMCWF, 97107. Смагоринский, Дж., 1984: Обзор: "Глобальный климат", Дж. Т. Хоутон, ред., Кембриджский университетский пресс. Бюллетень ВМО, 33, 361362. Смагоринский, Дж., 1983: Начало численного прогнозирования погоды и моделирования общего циркуляции: ранние воспоминания. Достижения в геофизике, 25, 337. Смагоринский, Дж., 1983: Проблема климата и климатических изменений, Всемирная климатическая программа Публикация No. WCP 72, ВМО. Всемирная метеорологическая организация, 14pp. Смагоринский, Дж., 1982: Жюль Чарни (1917-1981). Квартальный журнал Королевского метеорологического общества, 108 (((455), 267 269. Смагоринский, Дж., 1982: Научная основа для эксперимента "Монсон". В, Протоколы Международной конференции по научным результатам эксперимента "Монсон", ICSU/WMO GARP. 35 на 42. Смагоринский, Дж., Л. Арми, Ф. П. Бретхертон, К. Брайан, Р. Д. Сесс, В. Л. Гейтс, Дж. Хансен, Дж. Е. Куцбах и С. Манабе и др., 1982: CO2 /Климатическая группа по обзору. В, Диоксид углерода и климат: Вторая оценка. Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия прессы, 1972 год. Смагоринский, Дж., 1981: СО2 и климат продолжающаяся история. В, Климатические вариации и изменчивость: факты и теории, D. Reidel Publishing Co., 661687. Смагоринский, Дж., 1981: Эпилог: перспектива динамической метеорологии. В, Динамическая метеорология, Нью-Йорк: Methuen, Inc., 205219 Smagorinsky, J., 1981: Научная основа для опыта муссона. В, Международная конференция по научным результатам опыта муссона, 26-30 октября 1981 г. Смагоринский, Дж., 1981: Некоторые мысли о современной глобальной изменчивости климата. В "Природа не признает вины" (англ.) 1, Р. В. Гарсия. Нью-Йорк: Пергамон Пресс; 265 296. Смагоринский, Дж., 1980: Моделирование климата. В, Протоколах технической конференции по климату Азия и Западная Тихоокеанская область, ВМО No 578, Всемирная метеорологическая организация (ВМО); 139151. Смагоринский, Дж., 1978: История и прогресс. В, Глобальный метеорологический эксперимент Перспектива его реализации и эксплуатации: доклад консультативной группы FGGE комитету США по глобальной программе исследований атмосферы (GARP) Национальная академия наук, 4 12. Смагоринский, Дж., и Н. А. Филлипс, 1978: Научные проблемы глобального эксперимента по погоде. В, Глобальный метеорологический эксперимент, перспективы его реализации и эксплуатации, доклад консультативной группы FGGE в Комитет США по глобальной программе исследований атмосферы, Ассамблея математических и физических наук, Национальный исследовательский совет. Национальная академия наук, 1321. Смагоринский, Дж., 1972: Общая циркуляция атмосферы. В, ...