[Carl-Gustaf Rossby: Part 2 - 少年時代]
瑞典裔美籍氣象學家Carl-Gustaf Rossby (1898-1957),是現代氣象學中最具有影響力的人物。這個系列文第一篇簡述了他的生平簡介和成就:Carl-Gustaf Rossby: Part 1 - 簡介。系列文第二篇,來講他的少年時代、在Bergen工作的經驗、還有出海觀測的精彩故事。主要參考資料是Bergeron (1958)。
*Rossby的少年時代
Carl-Gustaf Rossby在1898年12月28日出生於瑞典的Stockholm。他的父親Arvid Rossby是一個安靜友善的小建築師,母親Alma Charlotta (Marelius) Rossby出生於藥師家庭,婚後應該是當家庭主婦。Carl-Gustaf是他們五個孩子中的長子,Rossby家的經濟情況普通,Arvid的工作只夠一家溫飽和讓孩子受基本教育。Carl-Gustaf是個活力充沛且聰敏的孩子,他在學校的成績很好,而且對音樂、地質學、植物學等很有興趣。 他會彈鋼琴,非常喜歡蘭花 (應該是因為母親娘家Gotland地區以蘭花聞名) (Bergeron 1958; Byers 1960)。
少年的Rossby常跟幾位死黨暢談音樂、文學、藝術、科學、宗教、和政治。他的朋友回憶Rossby會堅持一些非常奇怪的論點,並試著說服他們,但他會突然間放棄原本的論點,甚至轉到完全相反的論點。Rossby還會對他一點都不懂的主題發表長篇大論,被抓包時他會大笑 (“He had a way - so his old schoolfriend tells, and those who knew him from Bergen will confirm - to vindicate any rather absurd or extreme statement to the bitter end… and then suddenly to give in, or sometimes even to go over to the opposite view, with a most amiable and puckish smile. He could give long "lectures" in subjects unknown to him, and when found out he would laugh.”; Bergeron 1958)
Rossby大學就讀University of Stockholm,對興趣廣泛的他來說,要選擇主修科目不是件簡單的事。他一開始選擇醫學,但一些個人因素他決定放棄從醫這條路,轉向到數理方面。他在1918年拿到學士學位,主修數學、力學、和天文學 (Bergeron 1958)。畢業以後,Rossby轉向到氣象學領域,雖然他基本上沒有氣象學的背景知識。
Rossby決定轉向到氣象學的理由並不清楚,但可能有幾個原因:一是在學期間,他聽了挪威的Vilhelm Bjerknes (1862-1951) 教授講大氣不連續性的課程,開始對氣象學感興趣。二是Vilhelm Bjerknes剛創立了Bergen氣象學派 (Bergen School of Meteorology),提倡從動力學和熱力學的角度來研究大氣和海洋運動,他正在尋找年輕人加入Bergen學派。他的好朋友Ivar Bendixon是Rossby的數學教授,所以Bendixon可能跟Rossby提過這個機會 (Bergeron 1958)。三是Rossby對Stockholm的生活膩了,想去其他地方看看 (Byers 1960)。
不管怎樣,當年20歲的Rossby決定去Bergen跟Bjerknes工作,跨出他在氣象學領域的第一步。
*Rossby和Bergen
Source: Bergeron (1958)
Rossby在Bergen工作了一年半 (1919年6月至1920年12月),一開始是研究助理,後來升為正式的氣象學家。
Rossby在Bergen主要做實務工作,像是畫天氣圖和放氣象氣球。因為他沒有受過處理天氣資料的訓練,他畫天氣圖並不快,也對這類型的實務工作不是很有興趣。他反而對大氣運動背後的原理很感興趣,常常提出一些想法,並試著去驗證 (“His forte appeared, instead, already then in being a constant source of penetrating general ideas, especially in the more hydrodynamical part of geophysics, in being a master to concentrate on things of main importance, and in making himself and other people work with these problems and develop these ideas.”; Bergeron 1958)。雖然Rossby在Bergen工作期間沒有任何研究發表,但他貢獻了一些很好的研究發想,Bergeron說Rossby有些深遠的想法和宏大的計畫讓他們呼吸都要停了 (“whose far-reaching ideas and high-flying plans often took our breath away.”; Bergeron 1958)。
在Bergen工作對Rossby有很重大的影響。當時,Bergen才剛提出極鋒理論(polar front theory)來解釋中緯度氣旋的生成、發展、和消散,他們提出的新方法才要開始應用在天氣分析和了解大氣上。在第一線見證大氣科學轉捩點的Rossby,以及跟同事J. Bjerknes、H. Solberg、和T. Bergeron的互動和學習,跟Vilhelm Bjerknes學習流體力學,想必是每天都有新的發現,是個很興奮的時期。此外,Rossby也深知面對複雜的大氣系統,理論學家和實務人員必須攜手並進,才能有所進步,這也是他在做研究和教學生的信念。
"The principal task of any meteorological institution of education and research must be to bridge the gap between the mathematician and practical man, that is, to make the weatherman realize the value of a modest theoretical education, and to induce the theoretical man to take an occasional glance at the weather map."
-- C.-G. Rossby (1934), Comments on Meteorological Research.
除了科學方面以外,Rossby也在Bergen展現出他過人的溝通和組織能力。Bergeron回憶在1919年聖誕節前夕 (1919剛好是提出極鋒理論和溫帶氣旋的生命週期的那年),他們幾個人約去Bjerknes家,要送銀製燭台給夫人。雖然Rossby是其中最年輕的,但他接下了送禮給Bjerknes夫人的重責大任,並給了一個精彩的短短祝詞。Bergeron對Rossby的溝通能力十分佩服,說Rossby很能說服別人去做他們想做的事情 (“This boy [Rossby] of 20 had an amazing persuasive and organizing faculty”; “Many other incidents could be told, from that time and later, showing his [Rossby] budding eloquence and power to persuade people to do the things they least of all had intended to.”; Bergeron 1958)。
Rossby在1921年離開Bergen,跟Vilhelm Bjerknes一起去Geophysical Institute of the University of Leipzig做研究交流,Rossby在Leipzig待了一年左右。Rossby在Leipzig看到
高空大氣的觀測資料,發現很多有趣的現象,他還去Aeronautisches Observatorium at Lindenberg待了一陣子,施放不少風箏和氣球的高空大氣觀測。他覺得應該要有更多觀測資料,也試著說服Jacob Bjerknes建立高空大氣觀測站,但他失敗了。Rossby提議的觀測站計畫收錄於他的第一篇科學著作:Rossby, C.-G. (1923): Den nordiska aerologiens arbetsuppgifter (Tasks of Scandinavian Aerology. A retrospect and a program). En aterblick och ett program. Ymer, Vol 43; 364。雖然高空大氣觀測站計畫沒有實行,但相關的研究在之後發光發熱,成為Rossby的重要研究貢獻之一。
經過Bergen兩年以及Leipzig一年的經驗,Rossby想從理論角度來研究大氣,但他知道自己沒有足夠的數學和物理能力來做相關的研究,所以他結束在Leipzig的訪問後,回到University of Stockholm,學習更深的數學和物理知識。當時學校沒有氣象學相關的課程,所以Rossby集中心力學習數學和物理,閱讀氣象相關文獻,以及和Bergen和德國的氣象學家保持聯繫 (Byers 1960)。
*Rossby的出海觀測經驗
Rossby回到University of Stockholm後,因為要賺學費,他也在Swedish Meteorologicical and Hydrological Institure工作,並參與了幾次出海工作。1923年,他搭上挪威的小型觀測船 Conrad Holmboe去格陵蘭東部幫Bergen架設氣象站。這艘船在海冰中困了兩個月,為了生存,連儀器都丟進海裡,也做了棄船逃生的準備。幸好,最後安全返航,劫後餘生的Rossby還登上了Stockholm新聞報紙的版面 (Phillips 1998)。
Source: Phillps (1998)
隔年 (1924年),Rossby搭上瑞典海軍官校的訓練船af Chapman,作為船上的氣象人員。這艘船逆時鐘繞行不列顛群島,目的是評估海洋氣象觀測的必要性和實用性。Rossby的工作是解讀氣象電碼、畫天氣圖、準備天氣預報並向船長報告、以及放氣球觀測。Rossby本來還計劃做海洋的觀測,但沒有獲得相關儀器只能作罷。
在船上的1924年8月10-11日,訓練船遇到惡劣天氣,當時強勁的西風把訓練船吹向愛爾蘭西岸,要是西風持續的話,訓練船必須轉向以免離海岸太近。Rossby認為風向會轉成西北,船不需要轉向,而且能照原定計畫抵達Queenstown,他賭上自己的榮譽做了這樣的天氣預報。11號傍晚,風向還是西風,他懷著忐忑不安的心情去睡覺,但根本睡不著,只能盯著頭頂的風扇。不久後,艦橋通知說風向轉成西北風,他才安心入眠。Phillips (1998)收入了Rossby當時的天氣日誌,有興趣的話可以看看。
再下一年 (1925年),Rossby又做為氣象人員出海工作,幸好這次航向比較平靜的葡萄牙。
*Rossby前往美國
Rossby在1925年取得University of Stockholm的Filosofie Licentiat學位 (相當於博士學位)。他沒有打算攻讀氣象學的學位,因為他想趕快去研究氣象學 (“He might have had in the back of his head some vague ideas about it [back for a doctor's degree], but he was impatient to get on with meteorology.”; Byers 1960)。
1926年,27歲的Rossby申請到American-Scandinavia Foundation的一年獎學金,去美國氣象局研究把極鋒理論應用到美國的天氣預報。之後他在美國待了超過20年,從氣象局到MIT到芝加哥大學,有著光輝璀璨的職涯。Rossby在美國的故事留待下篇介紹。
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參考資料
Bergeron, Tor (1958): The young Carl-Gustaf Rossby. The Atmosphere and Sea in Motion, B. Bolin, Ed., Rockefeller Institute Press, 51-55.
Byers, Horace (1960): Carl-Gustaf Arvid Rossby 1898-1957, National Academy of Sciences.
http://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/rossby-carl-gustaf.pdf
Fleming, James R. (2016): Inventing Atmospheric Science: Bjerknes, Rossby, Wexler, and the Foundations of Modern Meteorology, The MIT Press
https://mitpress.mit.edu/books/inventing-atmospheric-science
Phillips, N. A. (1998). Carl-Gustaf Rossby: His Times, Personality, and Actions. Bulletin of the American Meteorological Society, 79(6), 1097–1112. https://doi.org/10.1175/1520-0477(1998)079<1097:CGRHTP>2.0.CO;2