(2022/12/19發表於個人臉書)
Akio Arakawa系列文第三篇，來介紹一下他的長期合作者Yale Mintz，以及他們合作開發Mintz-Arakawa全球大氣環流模式的故事。主要參考資料是Johnson and Arakawa (1996)。有興趣的話可以看前兩篇系列文：
Akio Arakawa是我的神：Part 1 - Pre-UCLA History
Akio Arakawa是我的神：Part 2 - Arakawa眼中的大氣模式
＊Yale Mintz的生平和研究貢獻
生平
1916，出生
1937，B.A. in general humanistic studies (人文主義學士)，Dartmouth College
1942，M.S. in geology (地質學碩士)，Columbia University
1942-1944，a member of the Department of Meteorology, New York University
1949，Ph.D. in Meteorology (氣象學博士)，UCLA，指導教授是Jacob Bjerknes。Mintz是UCLA氣象學系的第二位博士，第一位是Jule Charney。
1950，UCLA教授
1980s，NASA Goddard Space Flight Center
1991，過世，享壽75歲
主要獎項
1967，Clarence Leroy Mesinger Award
1990，Carl-Gustaf Rossby Research Medal
Mintz的博士研究工作是探討大氣環流的角動量和能量平恆問題。他主要是分析觀測資料來研究這些問題，但他從不滿足於只是描述觀測到的現象和特徵，他想要知道背後的原理，想要知道大氣為什麼有這些特徵 (“...he was never satisfied with a purely phenomenological description and always sought clear-cut answer for 'why.'”; Johnson and Arakawa, 1996)。
當他看到Philips (1956) 的氣候模式模擬結果，雖然認為裡頭有些細節是錯的，但對模式結果深受鼓舞，相信模式會變成研究大氣環流的重要工具。因此，他決定來開發氣候模式， 1961年邀請日本氣象學家Akio Arakawa來UCLA加入模式開發工作。1963年，兩人發表了重要的Mintz-Arakawa General Circulation Model (GCM)，為後來知名並廣泛使用的UCLA GCM前身。Mintz-Arakawa GCM發展故事留待下一小節介紹。
Mintz不只對大氣環流和氣侯模式做出重要貢獻，事實上，他的研究興趣和貢獻之廣令人讚嘆 (Table 1 in Johnson and Arakawa, 1996)。在1960年代初期，Mintz對其他行星的大氣環流開始感興趣，並將UCLA GCM用於模擬火星的大氣環流。1960年代末期，他開始對海洋環流感興趣，並在UCLA開啟了海洋模式發展工作，尤其是意識到海洋中尺度渦旋 (mesoscale eddies) 的重要性，海洋模式後來也和大氣模式耦合，來研究地球的大氣和海洋環流。1970年代初期，他是模擬臭氧的生成、傳送、和分佈的先驅者之一，主要動機是當時氣候模式的模式層頂已可到平流層，需要考慮臭氧過程。1980年代，他離開UCLA到Goddard，轉向研究水循環和陸地過程，尤其是蒸散、土壤濕度、植被等過程，也促成了Simple Biosphere Model的開發。
真要總結Mintz的研究興趣，應該可分為 (1) 大氣/海洋/行星環流 和 (2) 數值模式。他一生的研究課題是研究和了解地球的水循環過程，包括水氣的潛熱釋放、陸地的蒸散和土壤濕度等過程。Bates et al. (1993) 整理了Mintz的多樣研究貢獻，有興趣的話可以一讀。
＊Mintz-Arakawa GCM
1950年代末期，Mintz想在UCLA發展氣候模式，基本上同系的資深同事都反對，因為他們覺得這對一個教授來說無法負荷，大學的資源也無法跟其他實驗室如普林斯頓高等研究院相比。即使如此，Mintz鐵定了心要來發展氣候模式，他說用物理模式來研究大氣環流和做預報可能是不切實際的目標，但不去做的話，永遠不能知道能不能達成這目標 ("A rational, physical method for long-period forecasts of the transient general circulation - that is, for long-range seasonal forecasts - is an ambition or dream for the future. But we will never arrive at this goal (or even know whether we can arrive) unless we begin with the first steps"; Mintz 1958)。
Mintz也開始思考模式的動力和物理架構 (Mintz 1958)。他是從觀測資料分析起家，所以覺得模式從一開始必須要盡可能接近實際的地球，像是實際的海陸分佈和地形、考慮陸地如何將能量傳給大氣、對流過程如何傳遞能量、太陽輻射隨季節的變化等等。Mintz的理念也實際體現在Mintz-Arakawa GCM以及後續的UCLA GCM系列，Mintz-Arakawa GCM是當時第一個這麼接近實際地球，考慮這麼多複雜物理過程的氣候模式。
1961年，Mintz邀請日本氣象學家Akio Arakawa來UCLA發展氣候模式。Mintz希望Arakawa馬上投入模式發展工作，但Arakawa認為第一要務是解決模式的數值方法問題，讓模式能夠做長時間的積分，才能用模式來研究大氣環流。Mintz一開始並沒有被Arakawa說服，也對Arakawa的工作進度緩慢感到不滿。但他很快意識到數值方法的重要性，強力支持Arakara的工作。與此同時，他繼續思考模式設計和如何表現物理過程。1963年中，Mintz-Arakawa GCM完成，並在1965年發表 (Mintz 1965)。
Arakawa說他從Mintz身上學到很多東西，特別是Mintz的研究切入角度和態度。Mintz是個完美主義者，他試圖要理解模式結果的所有細節。當他無法理解模式結果時，常常懷疑是程式有bugs，也的確抓到了一些bugs ("Mintz was a perfectionist, untiringly seeking to understand nature in physical terms. When the GCM was being developed, he attempted to interpret almost every detail of the simulations. When the integrity of the results failed, he suspected erroneous coding. In this way, he found a number of code errors, although he himself never prepared a single FORTRAN statement"; Johnson and Arakawa, 1996, Section 3)。
Arakawa是理論訓練出身，非常專注於動力氣象，但Mintz有非常廣泛的興趣，Arakawa從他身上學到很多並擴展自己的知識。Mintz基本上每天都有很多新ideas跟Arakawa討論，雖然一半以上都被Arakawa認為不可能，但剩下的都是非常好的ideas (Edwards 1997 part II, transcript p25)。
Mintz和Arakawa的工作過程也很有很多有趣小故事 (Johnson and Arakawa, 1996, Section 3)。這一段原文很有趣，我盡可能翻譯，原文放在這段後面。
Mintz完全不會寫程式，都是Arakawa寫，當時UCLA允許他們在週末期間獨佔IBM 709電腦，所以Arakawa週末基本上都在電腦房寫程式。Mintz也在那邊「幫忙」。但他能做的事有限，頂多是偶爾幫忙換一下磁帶 。
Mintz跟Arakawa吃午餐時，他們也在討論研究，午餐後Mintz的餐桌紙巾上常常寫滿了數學方程和圖形。要是Mintz下班前有什麼新想法，他沒有辦法等到隔天才跟Arakawa討論，所以他常常都是跟Arakawa講了一小時以上的電話後才下班。
"Whenever a new idea came to mind, "Mintz could not wait until the next day for discussions with Arakawa, with the result that almost every day ended with hour-long evening telephone calls to Arakawa. When Mintz and Arakawa had lunch together, Mintz's paper napkin was usually filled with equations and figures by the end of the hour....Arakawa spent most of his weekend in the computer room, usually missing sleep on Saturday night. Mintz was also there to 'help', even though there was little from him to assist except for occasional exchange of magnetic tapes." (Johnson and Arakawa, 1996, Section 3)
＊後記
我一年多前就讀了 Johnson and Arakawa (1996) 這篇文章，直到今天才寫筆記。即使過了一年多，我仍記得這篇文章的一些片段，像Yale Mintz的廣泛研究興趣和貢獻; 他是觀測分析出身後來決定發展模式，Mintz-Arakawa GCM一開始就用實際的海陸分佈和考慮許多物理過程，反應Mintz的思維; Mintz和Arakawa工作的小故事也很有趣。
可惜的是，我在網路上找不到Yale Mintz的照片。貼幾張Mintz-Arakawa GCM的圖片。
Source: Johnson and Arakawa (1996)
Source: Johnson and Arakawa (1996)
Source: Johnson and Arakawa (1996)
＊參考資料
Bates, J. R., J. Otterman, M. Fox-Rabinovitz, Y.C. Sud, Eds., 1993: Understanding climate : selected works of Yale Mintz. A. Deepak Publishing, 315pp.
Johnson, D. R., and A. Arakawa, 1996: On the Scientific Contributions and Insight of Professor Yale Mintz. J. Clim., 9, 3211–3224, https://doi.org/10.1175/1520-0442(1996)009<3211:OTSCAI>2.0.CO;2.
Mintz, Y., 1958: Design of some numerical general circulation experiments. Bull. Res. Counc. Isr. Geosci., 7G, 67-114.
Mintz, Y, 1965: Very Long-Term Global Integration of the Primitive Equations of Atmospheric Motion: An Experiment in Climate Simulation. WMO Tech. Notes 66, 141-167; and In: Mitchell, J.M. (eds) Causes of Climatic Change. Meteorological Monographs, vol 8. American Meteorological Society, Boston, MA. https://doi.org/10.1007/978-1-935704-38-6_3