Carl-Gustaf Rossby: Part 6.1 - 芝加哥大學氣象研究所的成立

Image source: Allen (2001)

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。Rossby在1940年擔任芝加哥大學 (University of Chicago) 新成立的氣象研究所 (Institute of Meteorology) 首任所長,氣象研究所於1943年更名為氣象學系 (Department of Meteorology) 。


Rossby在芝加哥大學任職的10多年間,與學生發表多篇氣象學經典文獻,他們的學術思想被被稱為芝加哥氣象學派 (Chicago School of Meteorology)。芝加哥的教職員和畢業生對氣象學做出巨大貢獻,如Victor Starr、郭曉嵐、葉篤正、Joanne Simpson等。


Rossby系列文Part 6.1,來講芝加哥大學氣象研究所的成立經過,下一篇Part 6.2來講Rossby在芝加哥指導的學生,以及芝加哥氣象學派。雖然氣象研究所成立的最大功臣是Horace Byers (Rossby在MIT指導的學生,後來去氣象局工作),Rossby沒有參與太多,但Rossby曾一度向芝加哥大學和Byers提過成立氣象學程的想法,最終由Byers實現。也是在Byers極力推薦下,芝加哥大學決定邀請Rossby來擔任所長,開啟芝加哥大學在氣象領域的光輝時代。。


之前寫的Rossby系列文,請參考我的部落格https://yihsuanchen-journey.blogspot.com/search/label/Carl-Gustaf%20Rossby


Carl-Gustaf Rossby: Part 0 - Rossby’s mentorship

Carl-Gustaf Rossby: Part 1 - 簡介

Carl-Gustaf Rossby: Part 2 - 少年時代

Carl-Gustaf Rossby: Part 3 - 美國氣象局 & 建立航空氣象地面觀測網

Carl-Gustaf Rossby: Part 4 - MIT時期

Carl-Gustaf Rossby: Part 5 - 二戰期間


▋Rossby爭取在芝加哥大學建立氣象學學程,首戰失敗


Rossby在麻省理工學院 (MIT) 和美國氣象局的期間,當時美國只有三所大學有氣象學的研究生學程:MIT、加州理工學院 (Caltech)、和紐約大學 (NYU)。MIT和NYU在東岸,Caltch在西岸,Rossby認為需要在美國西岸以及中西部建立一個強而有力的氣象學研究學程,西岸的話加州大學洛杉磯分校 (UCLA) 是優秀人選,中西部的話是芝加哥大學 (Allen 2001)。


芝加哥大學是美國第一所成立地理學系 (Department of Geography) 的大學,1902-1903年正式開課 (Guide to the University of Chicago Department of Geography Records 1902-1975, University of Chicago Library)。多位教授在課堂上會提及氣象學的知識,但沒有氣象學的專業學程。因為芝加哥大學在地球物理的特長,以及創新研究的優良傳統,還位於氣旋系統經常通過的地方 (有些氣旋會一路跑到東岸),Rossby認為芝加哥大學是設立氣象學學程的好地方 (Allen 2001)。


1939年9月,挪威氣象學家Jajob Bjerknes預計來美國參加會議,並在MIT和幾所西岸大學講授氣象學。Rossby覺得如果能邀請Jajob Bjerknes到芝加哥大學講學,應該可以激起校方對氣象學的興趣。當時MIT的校長Karl T. Compton,同時身兼美國氣象局的諮詢委員,他弟弟Arthur H. Compton在芝加哥大學當物理系教授 (1927年Arthur H. Compton以描述電磁輻射的粒子性的康普頓效應獲得諾貝爾物理學獎),兄弟兩人都氣象學研究和教育很有興趣。於是Rossby在1939年2月1日寫信給Karl T. Compton,問他能不能詢問他弟弟Arthur H. Compton或是芝加哥大學的校長,看是否有機會請Jajob Bjerknes到芝加哥大學講授幾堂氣象學課程 (Rossby的信件部分原文節錄於Allen 2001)。


Karl T. Compton覺得這是很好的主意,隔天就寫信給他弟弟Arthur H. Compton。Arthur也認為這是很好的主意,並告知了芝加哥大學校長Robert Hutchins和物理科學部院長Henry Gale。Hutchins和Gale都認為邀請Jajob Bjerknes來講學是很好的主意,也很有興趣在芝加哥大學成立氣象學學程,但因為財務因素,沒有辦法邀Jajob Bjerknes。而且如果要成立氣象學學程,需要有政府資助和或私人捐贈才有可能。Gale回給Arthur H. Compton的信上說他很抱歉潑了一頭冷水 (“unless the government or some individual could be persuaded to underwrite such a project, there is practically no chance to undertake it. I am sorry to be so discouraging”; Gale 1939。信件部分原文節錄於Allen 2001)。


雖然Rossby說服芝加哥大學成立氣象學學程的首次嘗試失敗了,但隨著二戰需要大量的軍用氣象人員,以及芝加哥大學找到私人贊助者,在Rossby聯繫Karl T. Compton的一年多後,1940年10月,芝加哥大學成立氣象研究所 (Institute of Meteorology,1943年更名為氣象學系 Department of Meteorology),Rossby被聘為首位主任。其中,Horace Byers是氣象研究所成立和力爭Rossby來芝加哥大學的關鍵人物。


▋Horace Byers


Horace Byers. Image source: Braham and Malone (2001)


Horace Byers (1906-1998) 是美國氣象學家,在航空氣象、綜觀天氣分析、強烈對流、雲物理、和人工干預天氣等領域做出非常重要的貢獻。Byers高中時對新聞學很有興趣,上大學前還做過一年的新聞記者,後來就讀加州大學柏克萊分校時對氣象學感興趣,還擔任學校的氣象觀測員。在Byers大三的時候,Danial Guggenheim Fund的代表Rossby在尋找氣象助理,來協助建立加州奧克蘭-洛杉磯航線的氣象服務。Byers從別人口中得知這個訊息,就去應徵這個工作,開啟了兩人未來長久的合作夥伴關係。任務結束後,Byers返回學校,Rossby去MIT剛成立的氣象學學程擔任教授 (Braham and Malone 2001, p3-5)。


Byers於1929年拿到柏克萊地理學學士,畢業後申請到Danial Guggenheim Fund的獎學金,去MIT跟Rossby和Hurd Willett唸氣象學碩士,於1932年畢業。當時美國經濟蕭條,氣象相關的工作很難找,Byers先去加州的Scripps Institution of Oceanography當研究助理,後來去Transcontinental and Western Airways, Inc.工作,把鋒面和氣團分析的知識教給飛行人員。他的課程講義後來編修成他的第一本書Synoptic and Aeronautical Meteorology,於1937年出版 (Braham and Malone 2001, p5)。


Byers申請到MIT的Alfred P. Sloan Fellowship in meteorology,1934年回到MIT攻讀氣象學博士,在1935年拿到博士學位,論文標題是 “The Changes in Air Masses During Lifting” (Braham and Malone 2001, p6)。畢業後,Byer去美國氣象局工作,直到1940年離開去芝加哥大學 。


在氣象局,Byer是新成立的Air Mass Analysis Section的頭,發展以極鋒理論和氣團分析為主的天氣預報新方法,以及教給氣象局的員工。自1935年起,各地氣象局的員工會來華盛頓DC受訓兩個月,學習這些新預報方法 (Braham and Malone 2001, p6)。1939年,美國氣象局決定在芝加哥建立訓練機構,稱為 District Forecast Center (氣象局在華盛頓DC、芝加哥、紐奧良、丹佛、和舊金山等五個地方有這類機構)。Byer說雖然他喜歡住在華盛頓DC,但受夠了那邊的官僚風氣,於是自願調往芝加哥,雖然他對芝加哥沒有特殊的感情 (Byers 1976)。他的氣象局同事Victor Starr和Vincent Oliver也跟著他一起到芝加哥。


在芝加哥,Byers說服芝加哥大學成立氣象研究所,並強力推薦Rossby來當主任。氣象研究所的成立過程在下一小節介紹。


Byers在芝加哥大學待了26年 (1940-1965,於1948-1960擔任系主任),後來到Texas A&M擔任新成立的地球科學學院院長 (Dean of College of Geosciences),並在1968年擔任該校的學術副校長,於1974年退休。


Byers在芝加哥大學的主要研究方向為強烈對流、雲物理、和人工干預天氣等領域。他組織和領導了三個前端研究計畫:Thunderstorm Project、Artificial Cloud Nucleation Project、和Cloud Physics Project (Braham and Malone 2001, p11-15)。其中最成功的當屬1946-47年在佛羅里達州和俄亥俄州進行的Thunderstorm Project。這計畫被認為是首次研究雷暴內部結構和氣流運動,提出了雷雨胞的概念、強烈下沉氣流對雷雨胞發展的重要性、雷達的重要性和應用等 (Braham and Malone 2001, p11-13)。


Byers也積極參與大氣科學社群活動,他1947-1950年擔任美國地球物理學會會長、1951-53年擔任美國氣象協會會長、1954-60年擔任International Association of Meteorology and Atmospheric Physics (IAMAP) 副會長、1960-63年擔任IAMAP會長,對1957-58的International Geophysical Year有重大貢獻,這些大型國際合作計畫為後來的World Climate Research Program奠下良好基礎。此外,他還對NCAR/UCAR的成立貢獻良多 (Braham and Malone 2001, p8-11)。


Byers獲得的主要獎項為:


1941,Robert M. Losey Award, American Institute of Aeronautics and Astronautics

1952,Elected to the National Academy of Sciences

1959,Award of Merit, Chicago Technical Societies Council

1960,Charles F. Brooks Award, American Meteorological Society

1978,Cleveland Abbe Award, American Meteorological Society

(Braham and Malone 2001)


▋芝加哥大學同意成立氣象學學程


當Byers在華盛頓DC的美國氣象局工作時,1939年,Rossby接受剛當上氣象局長兼好朋友Francis Reichelderfer的邀請,去氣象局當副局長 (assistant chief of the Weather Bureau) ,負責研究和教育任務。


根據Byers的回憶,當時Rossby的家庭還在麻州的Hingham,他大約每週回去一趟,平日在華盛頓DC。在華盛頓DC的傍晚,他常常找朋友去酒吧或餐廳聚餐聊天討論 (“typical Rossby discussion sessions”; Byers 1976)。有次話題是討論讓Jacob Bjerknes去UCLA建立氣象學學程,後來1940年Bjerknes、J. Holmboe、和J. Kaplan在UCLA建立了氣象學系 (Department of Meteorology)。


有一次聚會,Rossby提到他覺得中西部的學校應該也要有氣象學課程,並將自己自比為令人欽佩但爭議也不少的芝加哥大學校長Robert Hutchins (“his expressing himself as admiring

Robert Hutchins, the controversial President of the University of Chicago”; Byers 1976。註一)。Byers印象中這個話題Rossby只提過一次,但顯然Byers對此留上了心。


註一:Robert Hutchins是法律背景,30歲開始擔任芝加哥大學校長 (1929-1945),卸任後擔任該校名譽校長 (1945-1951)。Hutchins對芝加哥大學的體制和教育方式做了重大的改革,有些頗具爭議,例如認為學校應重視教育勝於體育,而解散該校的美式足球隊 (原在Big Ten Conference)、捍衛學校教授共產主義的學術自由等。如今Hutchins為那些認為商業化的大學體育不相容於高等教育宗旨的人樹立了榜樣 (”Hutchins today serves as a model for those who argue that commercialized college sports are incompatible with the academic and intellectual aims of institutions of higher learning.”) (wiki - Robert Maynard Hutchins)。


Byers在芝加哥的District Forecast Center,對教導氣象局人員的工作越來越覺得無聊,想去接觸更進階的知識。他可能想起Rossby提過在中西部開設氣象學學程以及芝加哥大學,但他不知道要找誰,於是直接打電話到芝加哥大學物理系,系上人員很好心的幫他轉給系主任Henry Gale。Byers忘記他對Gale說了什麼,但Gale爽快的邀請Byers和Victor Starr來系上演講,並介紹Byers給副校長Emery Filbey認識,討論在芝加哥大學建立氣象學學程的可能性 (Byers 1976)。


副校長Filbey很支持成立氣象學學程,並詢問Byers建立學程大概需要多少經費。Byers依據他在MIT的經驗,說每年大概需要5萬美元 (換算成2000年的物價,約為62萬美元)。Filbey慨然允諾說他會想辦法找錢 (Byers 1976; Allen 2001)。


事情進行如此順利,想必Byers也有點意外。Byers後來覺得可能因為Gale曾在一戰中碰過探空氣球,也很熟悉挪威卑爾根氣象學派的極鋒理論,所以對建立氣象學學程這件事很快就進入狀況。他顯然不知道一年多前,Gale、Rossby、與Karl和Arthur Compton兄弟的信件往來,當時就是Gale回信給Arthur Compton,說因為財務因素,沒有辦法邀Jajob Bjerknes來校演講,或是成立氣象學學程 (Byers 1976; Allen 2001)。


▋芝加哥大學氣象研究所的誕生


芝加哥大學副校長Emery Filbey,和時任物理科學院長的Arthur Compton,開始籌措設立氣象學程的經費。經過進一步的精算,他們下修所需經費到1.5萬至2萬美元 (換算成2000年的物價,約為20萬美元),仍是一筆很大的錢。


Compton認為,學校成立氣象學程的話能對二戰和國防做出重要貢獻,如果真的找不到錢,他認為應該縮減其他物理學門的經費來支援氣象學程,因為氣象學當前的重要性遠勝於其他領域 (Allen 2001)。


Compton聯絡到一位可能的金主,Sewell Avery,他出生於密西根州的Saginaw,於1894年獲得密西根大學的法學學士,時為美國石膏董事會主席 (後來擔任Montgomery Ward執行長),和芝加哥大學董事會的成員。Compton寫了一封信給Avery,簡述了成立氣象學程的宗旨,以及芝加哥大學的優點,並提議學程名稱為 “Sewell L. Avery Institute of Meteorology”,隸屬於物理系 (Allen 2001)。


Avery被Compton說服,同意提供1.5萬美金的資助,但以匿名的方式。氣象研究所 (Institute of Meteorology) 最重要的成立資金到位了,可以進行下一步的籌備。很厲害的是,Filbey和Compton花了三週左右就籌到經費 (Byers 1976)。


資金到位後,要找人來領導氣象研究所。Gale提議找挪威氣象學派的人,例如Jabob Bjerknes,但Byers強力推薦Rossby,說他研究的獨創性跟領袖魅力是不二人選。芝加哥大學對Rossby做了些調查後,邀請Rossby來當氣象研究所所長,Rossby接受這個職位,但他會在美國氣象局多待一年,再去芝加哥上工。


氣象研究所的人事聘用也在進行中。Byers被聘為副教授兼氣象研究所執行秘書,Victor Starr被聘為助理教授,Harry Wexler (Rossby在MIT指導的博士生,畢業後到氣象局工作) 被Rossby說服來芝加哥大學擔任教職員。教職員還有臭氧和高層大氣專家Oliver Wulf (氣象局指派),以及兩位統計學家Horace W. Norton和Glenn W. Brier (美國農業部指派) (Byers 1976)。


▋芝加哥大學氣象研究所開幕


1940年10月1日,芝加哥大學物理系下的氣象研究所正式開幕。氣象研究所有三大目標:

  1. 提升對地球大氣的認識

  2. 教導氣象學的基本原理

  3. 培訓研究生從事氣象專業工作

(Allen 2001)


氣象研究所也有提供全額獎學金 (每年學費350美金),來吸引大學畢業生就讀。第一屆研究所學生有15人,主要來自氣象局和航空管理局,Byers的氣象局同事Vincent Oliver也在第一屆學生之列 (Byers 1976; Allen 2001)。


Rossby原先對氣象研究所的構想是學習氣象學理論,但隨著二戰的情勢越趨嚴峻,對軍用氣象人員的需求也越來越高,氣象研究所轉為訓練軍用氣象人員。芝加哥大學戰時總共訓練出1,700多位人員。


Rossby在芝加哥大學指導的學生,以及芝加哥氣象學派的故事,留待下文介紹。


▋參考資料


Allen, D. R. (2001). The genesis of meteorology at the University of Chicago. Bulletin of the American Meteorological Society, 82(9), 1905–1909. https://doi.org/10.1175/1520-0477(2001)082<1905:TGOMAT>2.3.CO;2


Braham, R., & Malone, T. (2001). HORACE ROBERT BYERS 1906–1998. Biographical Memoirs of the National Academy of Sciences, 79, 1–19. https://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/byers-horace-r.pdf


Byers, H. R. (1976). The Founding of the Institute of Meteorology at the University of Chicago. Bulletin of the American Meteorological Society, 57(11), 1343–1345. https://doi.org/10.1175/1520-0477(1976)057<1343:TFOTIO>2.0.CO;2