Джозеф Смагоринский (29 января 1924 г. – 21 сентября 2005 г.) был американским метеорологом и первым директором Лаборатории геофизической гидродинамики (GFDL) Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) . [1]
Иосиф Смагоринский родился у Натана Смагоринского и Дины Азарофф. Его родители были из Гомеля , Беларусь , откуда они бежали во время опасных для жизни погромов начала 20-го века. Натан и Дина родили троих сыновей в Гомеле: Якова (который умер в младенчестве), Самуэля (родился в 1903 году) и Дэвида (родился в 1907 году). В 1913 году Натан эмигрировал с побережья Финляндии , пройдя через остров Эллис и поселившись в Нижнем Ист-Сайде Манхэттена . Сначала Натан был маляром. Затем, с помощью родственника, он открыл магазин красок. В 1916 году, когда бизнес был налажен, Дина, Сэм и Дэвид эмигрировали, отправившись в Мурманск , а затем на юг вдоль побережья Норвегии в Кристиану (ныне Осло ) и сев на корабль до Нью-Йорка, где они присоединились к Натану. У них было еще двое детей: Хиллель (Гарри) (родился в 1919 году) и Джозеф (родился в 1924 году).
Как и три его брата, Джозеф работал в магазине красок своего отца, который со временем превратился в магазин скобяных изделий и красок. Сэм и Гарри остались в бизнесе по продаже красок и скобяных изделий, и Гарри в конечном итоге стал владельцем первоначального магазина. Будучи подростком, Дэвид начал рисовать вывески для владельцев магазинов и впоследствии открыл бизнес по росписи вывесок.
Джозеф посещал среднюю школу математики и естественных наук Стайвесант в Манхэттене. [2] Когда он выразил заинтересованность в поступлении в колледж, семья провела собрание, на котором они обсудили эту возможность. Сэм и Дэвид преобладали в своем мнении, что Джозеф подает большие надежды и заслуживает возможности поступить в колледж.
Смагоринский получил степень бакалавра (1947), магистра (1948) и доктора философии (1953) в Нью-Йоркском университете (NYU). [2] В середине второго года обучения в NYU он поступил в Военно-воздушные силы и присоединился к элитной группе курсантов-новобранцев, отобранных за их таланты в математике и физике. Эти таланты привели к тому, что Смагоринский был отобран для программы метеорологии ВВС. Затем он и другие новобранцы были отправлены в Университет Брауна для изучения математики и физики в течение шести месяцев. Затем его отправили в Массачусетский технологический институт (MIT) для изучения динамической метеорологии. Его инструктором был Эд Лоренц , который позже стал пионером математической теории детерминированного хаоса . Во время войны Смагоринский летал в носовой части бомбардировщиков в качестве метеоролога, делая прогнозы погоды на основе видимых факторов, таких как предполагаемый размер волн, а также наблюдаемая температура воздуха и скорость ветра на высоте полета самолета. [3]
После войны Смагоринский завершил свое обучение. Первоначально он стремился стать военно-морским архитектором , но не был принят в Институт Уэбба . Затем он обратился к метеорологии как к карьерному и образовательному направлению. Будучи докторантом, во время службы в армии он посетил лекцию по прогнозированию погоды, которую вел Жюль Чарни , и задал ряд острых вопросов во время сессии вопросов и ответов после выступления. Чарни, известный атмосферный ученый, пригласил Смагоринского в Принстонский институт перспективных исследований , штат Нью-Джерси, чтобы изучить возможную предсказуемость крупномасштабных движений в средней тропосфере (нижняя часть атмосферы) с использованием нового электронного компьютера, разработанного Джоном фон Нейманом .
В апреле 1950 года Смагоринский принял участие в важном событии современной метеорологии; вместе с Рагнаром Фьёртофтом , Джоном Фрименом и Джорджем Платцманом он работал с Чарни над решением простейших уравнений Чарни на электронном числовом интеграторе и компьютере ( ENIAC ). Его жена Маргарет Смагоринский (урожденная Кнопфель) также была членом команды, которая программировала компьютер ENIAC, [4] и была первой женщиной-статистиком, нанятой Бюро погоды . [5] [6] [7] Новый компьютер фон Неймана в Принстоне задерживался, поэтому были достигнуты договоренности с армией об использовании ее компьютера в Абердине, штат Мэриленд. Результаты были достаточно реалистичными, чтобы продемонстрировать, что прогноз погоды с помощью численного процесса был многообещающей перспективой. После работы над ENIAC Смагоринский перешел в Институт перспективных исследований, чтобы работать с Чарни и фон Нейманом над разработкой радикально нового подхода к прогнозированию погоды, использующего новые технологии компьютеров .
До появления компьютеров в конце 1940-х годов прогнозирование погоды было очень грубым. Американское метеорологическое общество (AMS) и его лидеры, большинство из которых преподавали в университетах, все еще стремились превратить метеорологию в профессиональную дисциплину, пользуясь тем же уважением, которое оказывалось инженерии и другим физическим наукам. Исключительный математик, фон Нейман был одним из первых, кто увидел потенциал, предоставляемый компьютерами для гораздо более быстрой обработки данных и, таким образом, более оперативного прогнозирования погоды. [8] Он не был удовлетворен математикой как абстрактной практикой. Прогнозирование погоды предоставило ему очень конкретное применение математических принципов, которые могли бы использовать новую компьютерную технологию. В Институте перспективных исследований он использовал свои математические знания, а Смагоринский работал с Чарни над разработкой нового подхода, называемого численным прогнозированием погоды . Этот подход основывался на данных, собранных с метеозондов . Затем данные вводились в компьютеры и подчинялись законам физики, что позволяло прогнозировать, как турбулентность, вода, тепло и другие факторы взаимодействуют для создания погодных условий. (Смагоринский снискал расположение своих детей, посещая классы их начальной школы, чтобы продемонстрировать им, как работают метеозонды.)
В своей докторской диссертации, выполненной в Нью-Йоркском университете под руководством Бернхарда Хаурвица , Смагоринский разработал новую теорию того, как источники и стоки тепла в средних широтах, созданные термическим контрастом между сушей и океанами, нарушают путь струйного течения. Эта теория стала одним из первых приложений замечательного упрощения уравнений движения атмосферы Жюля Чарни, теперь известного как квазигеострофическая теория. Эта работа во многом выиграла от взаимодействия с Чарни в Институте перспективных исследований. Эта теория была разработана на протяжении многих лет, чтобы предоставить многочисленные идеи о поддержании климата в средних широтах и взаимодействии между тропиками и средними широтами.
После ученичества и работы с фон Нейманом и Чарни, в 1953 году, в возрасте 29 лет, Смагоринский принял должность в Бюро погоды США и был одним из пионеров Объединенного численного прогнозирования погоды. В 1955 году по инициативе фон Неймана Бюро погоды США создало Секцию исследований общей циркуляции под руководством Смагоринского. Смагоринский чувствовал, что его обязанностью было продолжить последний этап программы компьютерного моделирования фон Неймана/Чарни: трехмерную, глобальную, примитивно-уравненную модель общей циркуляции атмосферы. Секция исследований общей циркуляции изначально располагалась в Сьютленде, штат Мэриленд, недалеко от подразделения JNWP Бюро погоды. Подразделение переехало в Вашингтон, округ Колумбия, и в 1959 году было переименовано в Лабораторию исследований общей циркуляции, а затем в 1963 году снова переименовано в Лабораторию геофизической гидродинамики (GFDL). В 1968 году лаборатория переехала в свое нынешнее здание в Принстонском университете. Смагоринский продолжал руководить лабораторией до своего выхода на пенсию в январе 1983 года.
Ключевое понимание Смагоринского состояло в том, что растущая мощность компьютеров позволит выйти за рамки моделирования эволюции атмосферы на несколько дней, как в прогнозировании погоды, и перейти к моделированию климата Земли. Цель такого моделирования заключается не в том, чтобы предсказать детальную эволюцию погоды, а в том, чтобы интегрировать уравнения движения, термодинамики и переноса излучения на достаточно длительные периоды времени для моделирования статистики погоды — климата — что позволит изучить, как эта статистика контролировалась составом атмосферы, характером поверхности Земли и циркуляцией океанов.
Среди многочисленных талантов Смагоринского было привлечение творческих ученых в штат GFDL. Двое из них были климатолог Сюкуро Манабэ в 1959 году и океанолог Кирк Брайан в 1961 году, который возглавил разработку первой климатической модели в 1969 году, модели общей циркуляции , которая была первым подходом, учитывающим взаимодействие океанов и атмосферы. Смагоринский назначил Манабэ на работу по кодированию и разработке модели общей циркуляции (GCM). К 1963 году Смагоринский, Манабэ и их коллеги завершили девятиуровневую модель общей циркуляции с примитивными уравнениями полушарий. Манабэ 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 Нейманом, Жюлем Чарни и Норманом Филлипсом для разработки двухуровневой зональной полусферической модели с использованием подмножества примитивных уравнений. Начиная с 1959 года он приступил к разработке девятиуровневой примитивной модели общей циркуляции (все еще полусферической). К концу следующего десятилетия GCM стали глобально центральным инструментом в исследовании климата. Среди других исследователей, работавших со Смагоринским в Вашингтоне и Принстоне, были Исидоро Орлански, Джерри Малман , Сюкуро Манабэ , Ёсио Курихара, Кикуро Миякода, Род Грэм, Лейт Холлоуэй, Айзек Хелд, Гаррет Уильямс, Джордж Филандер и Дуглас Лилли.
Разработка этой первой климатической модели основывалась на убеждении Смагоринского, что индивидуального исследования будет недостаточно для решения такой сложной проблемы. Он понимал, что для достижения такого прорыва потребуется крупномасштабное численное моделирование с группами ученых, использующих общие высокоскоростные компьютеры. Как было сказано в Бюллетене Американского метеорологического общества в 1992 году, «почти неустанное стремление доктора Смагоринского к совершенству в Лаборатории геофизической гидродинамики 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 своего существования GFDL была всемирно известна, с выдающимся набором ученых, делающих выдающуюся работу, которая привлекала ученых со всего мира, чтобы учиться и сотрудничать, а затем возвращаться в свои страны или другие учреждения как выдающиеся ученые. Было создано не только совершенно новое научное направление исследований, но и сообщество ученых, способных делать это хорошо». [9]
Смагоринский пригласил многих ученых извне обычного круга, чтобы предоставить самую широкую перспективу прогнозов погоды. В самом начале своей карьеры он привлек в GFDL пионера-океанографа Кирка Брайана для учета влияния океана на погоду; и вскоре после Второй мировой войны, когда страна все еще с подозрением относилась к Японии, он пригласил в GFDL Суки Манабэ, Ёсио Курихару и Кикуро Миякоду, ценя их научный опыт и потенциал и игнорируя ксенофобию, которая могла бы препятствовать такому международному сотрудничеству. Он продолжил эту практику приглашения в GFDL ученых, которые могли бы взяться за проект по созданию всеобъемлющей теории атмосферных процессов, ценя талант и креативность по сравнению с тем, что он считал несущественными факторами, такими как область или национальность. Джерри Малман, сменивший Смагоринского на посту директора GFDL в Принстоне, пишет, что Смагоринский «не был по-настоящему заинтересован в «университетской научной культуре», которая по-прежнему склонна считать научные публикации, а не научные достижения, мерилом успеха факультета. Джо не хотел ничего из этого. Он хотел, чтобы молодые ученые, такие как мы, сосредоточились на решении сложных научных задач, имеющих большое значение для NOAA, Соединенных Штатов и мира... Без поддержки и поощрения Джо, написал бы Манабе первую статью о науке о глобальном потеплении в 1967 году? Создал бы Брайан первую в мире модель океана в 1970 году? Создали бы Манабе и Брайан первую в мире связанную модель атмосферы и океана в 1972 году? Создал бы я первую всеобъемлющую стратосферную динамическую/химическую модель? Стал бы Миякода пионером прогнозирования погоды на расширенный срок? Для моего исследования ответ: почти наверняка нет. Без уровня научных и «Без вычислительной поддержки, оказанной Джо, для достижения этих успехов потребовалось бы по крайней мере еще десятилетие разработки».
Смагоринский был одним из первых исследователей, которые стремились использовать новые методы численного прогнозирования погоды (ЧПП) для расширения прогнозирования за пределы одного или двух дней. В 1963 году Смагоринский опубликовал основополагающую статью о своем исследовании с использованием примитивных уравнений атмосферной динамики для моделирования циркуляции атмосферы. Эта статья в корне изменила подход к моделированию климата. Он расширил ранние модели погоды, включив в них такие переменные, как ветер, облачность, осадки, атмосферное давление и излучение, исходящее от Земли и Солнца. Чтобы сделать эти моделирования возможными, требовался метод для учета атмосферной турбулентности, которая происходила в масштабах, меньших размера сетки модели, но все еще играла решающую роль в энергетическом цикле атмосферы . С коллегами Дугласом Лилли и Джеймсом Дирдорфом, оба из Национального центра атмосферных исследований (NCAR), он разработал один из первых успешных подходов к моделированию крупных вихрей (например, модель Смагоринского-Лилли), предоставив решение этой проблемы, которое до сих пор используется не только в метеорологии, но и во всех областях, связанных с динамикой жидкости.
Смагоринский прославился своей способностью раз за разом обеспечивать свою лабораторию самыми быстрыми компьютерами в мире. Многие задавались вопросом, как один правительственный ученый имел такое влияние в высококонкурентной борьбе за ограниченные ресурсы. [10] Джерри Малман писал, что «без уровня научной и вычислительной поддержки, предоставленной Джо, эти достижения [глобальное потепление, все более сложные компьютерные модели, расширенное прогнозирование погоды] потребовали бы по крайней мере еще десятилетия развития для достижения». Это замечание о том, что Смагоринский продвинул свою область по крайней мере на десятилетие, было поддержано несколькими выступавшими на его мемориале.
В 1970-х годах под руководством доктора Смагоринского ученые его лаборатории разработали первые симуляции 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 сопряженные модели климата атмосфера-океан для изучения глобального потепления, подчеркнув важные различия между «равновесными» и «переходными» реакциями на увеличение содержания углекислого газа. [10]
Влияние и административные способности Джозефа Смагоринского простирались далеко за пределы его работы в GFDL. Он возглавлял или вносил вклад в международные комитеты по улучшению глобальных прогнозов погоды. Координируемые Всемирной метеорологической организацией, эти усилия привели к первому использованию спутников для измерения температуры и влажности. Тони Холлингсворт из Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) в своем выступлении на лекции в Принстоне после вручения Смагоринскому медали Бенджамина Франклина в области наук о Земле подчеркнул, что работа Смагоринского привела к спасению миллионов жизней по всему миру, поскольку прогнозы суровой погоды, такие как ураганы, могли оповещать целые города о необходимости спасения. Он повторил это замечание в своем письме в GFDL после панихиды по Смагоринскому: «С точки зрения научного вдохновения и конкретных преимуществ для защиты человеческой жизни и общества Джо Смагоринский оставил нам замечательное наследие, за которое европейские метеорологи чтят и помнят его». [ необходима цитата ]
В год переезда GFDL в Принстон Смагоринский был назначен приглашенным лектором в звании профессора по геологическим и геофизическим наукам в университете. [2] Он помог разработать Программу по атмосферным и океаническим наукам, докторскую программу на кафедре наук о Земле, которая тесно сотрудничает с GFDL. После выхода на пенсию с поста директора GFDL в 1983 году он работал приглашенным старшим научным сотрудником по атмосферным и океаническим наукам в Принстоне до 1998 года. «Доктор Смагоринский, главный участник переезда GFDL в Принстон более 30 лет назад, по сути, предоставил Принстонскому университету аспирантскую программу», — сказал Джордж Филандер, профессор наук о Земле и директор Программы по атмосферным и океаническим наукам. «Именно благодаря этой программе, официальной связи между GFDL и Принстонским университетом, Принстон является международно признанным центром исследований погоды и климата, особенно исследований, связанных с глобальным потеплением». [11]
Смагоринский был женат на Маргарет Фрэнсис Элизабет Кнопфель с 29 мая 1948 года до своей смерти в возрасте 81 года 21 сентября 2005 года. Они познакомились во время занятий в Нью-Йоркском университете, где Маргарет готовилась к карьере метеорологического статистика. Вскоре Маргарет стала первой женщиной-статистиком Бюро погоды. У пары было две свадебные церемонии. Одна была католической церемонией по настоянию матери Маргарет; другая была гражданской церемонией в саду Джорджтауна судьи Фэй Бентли. (Судья Бентли позже была отстранена от должности, признана недееспособной и помещена в психиатрическую больницу.) На этой церемонии присутствовали только два требуемых свидетеля, Джерри Мосс и сестра Маргарет Элис Уильямс. Джозеф и Маргарет считали это небольшое собрание своей официальной свадьбой, учитывая то, как его еврейская семья и ее католическая семья выступали против союза. После замужества Маргарет решила остаться дома и воспитывать пятерых детей: Энн, Питера , Терезу, Джулию и Фредерика. Маргарет написала несколько памфлетов, посвященных традициям Принстонского университета, в том числе:
На траурном собрании в Гайот-холле Принстонского университета в октябре 2005 года, после смерти Смагоринского в сентябре, ему была дана следующая история его жизни, исполненная на мотив песни Эрвина Дрейка « It Was a Very Good Year »:
Его любимая жена Маргарет умерла 14 ноября 2011 года и была похоронена вместе с ним на кладбище Принстона. 29 декабря 2011 года в гостинице Nassau Inn в Принстоне прошла панихида по Маргарет Смагорински, на которой многие коллеги Смагорински и их жены почтили ее роль «наседки» GFDL во время его пребывания на посту основателя и директора. [6]
[Категория:Выпускники средней школы Стайвесант]]