Carl-Gustaf Rossby: Part 6.2 - 芝加哥的學生

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。1940-1947年,Rossby在芝加哥大學 (University of Chicago) 任教,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)。


Rossby在芝加哥總共指導了12位博士生,包括Victor Starr、郭曉嵐、葉篤正、Joanne Simpson等。這些學生畢業後繼續投入大氣科學的研究,獲得極為傑出的研究成果,其中5位更獲頒大氣科學界最高榮譽,由美國氣象協會(American Meteorological Society; AMS)頒發的Carl-Gustaf Rossby Research Medal:Victor Starr (1961)、Dave Fultz (1967)、郭曉嵐 (1970)、Joanne Simpson (1983)、Chester Newton (1995)。


Rossby系列文Part 6.2,來簡述Rossby在芝加哥指導的學生,著重於他們的畢業後的歷程和學術貢獻。之後再寫另一篇文章來介紹芝加哥氣象學派的觀點和獨特之處,以及為何能被稱為「學派」。


如果有興趣看我之前寫的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

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

▋Rossby在芝加哥的學生


表1:Rossby在芝加哥指導的博士班學生。資料來源:Lewis (1992)。

學生姓名 

(protégé)

指導教授 

(Advisors)

論文題目 

(Dissertation title)

畢業年份 

(Year)

Morris Neiburger 

Rossby 

Physical processes associated with summer stratus in California

1945

Victor Starr

Rossby 

A quasi-Lagrangian system of hydrodynamical equations 

1946

Dave Fultz 

Rossby 

Upper-air trajectories and weather forecasting 

1947

Reid Bryson 

Biel/Rossby 

On disturbances in the easterlies

1948

郭曉嵐 

(Hsial-Lan Kuo)

Rossby

Dynamic instability of two-dimensional nondivergent flow in a barotropic atmosphere

1948

George Platzman

Rossby/Starr

Oscillations of a jet stream

1948

葉篤正

(Tu-Cheng Yeh)

Rossby 

On energy dispersion in the atmosphere 

1948

George Cressman

Rossby 

On forecasting of the long waves in the upper westerlies

1949

謝義炳

(Yi-Ping Hsieh)

Rossby/Palmen 

An investigation of a selected American cold vortex 

1949

Joanne Malkus (Simpson) 

Riehl/Rossby

Certain features of undisturbed and disturbed weather in the trade wind region

1949

Chester Newton

Palmen/Rossby

Structure of shear lines near the tropopause in summer 

1951

John Freeman 

Rossby/Byers 

The flow under an inversion in middle latitudes 

1952


上表是Rossby在芝加哥大學指導的博士班學生,總共12位,其中有3位是中國人,顯示當時他的研究團隊已非常國際化。這些畢業生之後對大氣科學的不同領域都有非常傑出的貢獻,其中5位更獲頒大氣科學界最高榮譽,由美國氣象協會(American Meteorological Society; AMS)頒發的Carl-Gustaf Rossby Research Medal:Victor Starr (1961)、Dave Fultz (1967)、郭曉嵐 (1970)、Joanne Simpson (1983)、Chester Newton (1995)。


此外,好幾位Rossby的學生還是其他大學氣象學系的創辦人,或是宣揚Rossby和芝加哥氣象學派思想,例如Reid Bryson協助創立威斯康辛大學氣象學系、John Freeman在休士頓的聖湯瑪士大學成立氣象學系、葉篤正和謝義炳畢業後回到剛由中國共產黨成立的中華人民共和國,現代化中國的大氣科學研究和作業。


很多Rossby的學生說他們從Rossby身上學到最重要的東西是他的思考方式(style of thinking),而且他們也試圖去模仿Rossby的思考方式 (Lewis 1992)。我想這不只體現在他們的學術成就,也能解釋許多Rossby的學生和同事後來去其他地方創立氣象學系。


▋Rossby學生的簡介



這個小節簡介Rossby的12位學生。



— Morris Neiburger (1911-1986)



Morris Neiburger在網路上可找到的資訓很少,以下簡介主要根據這篇Los Angels Times的紀念文章:Morris Neiburger, Air Pollution Authority, L.A. Times Archives, Feb. 22, 1986。


Neiburger在UCLA氣象學系擔任教授數十年,並在1956-1962年擔任系主任,於1978年退休。Neiburger的研究專長是空氣污染和雲物理,也擔任許多政府部門和私人企業的諮詢委員,他也是AMS在1964-65年的會長。。


UCLA有一個Morris Neiburger Award,來表揚學生助教的傑出教學表現。



— Victor Starr (1909-1976)



Victor Starr的簡介主要根據Victor P. Starr papers, MIT ArchiveSpace


Victor Starr畢業後,1947年到MIT任教,於1974年退休。他提出了有關負黏滯係數的理論,來解釋由天體自轉產生的角動量如何通過其大氣環流來重新分佈。他也發表了許多關於行星大氣循環、水波研究以及太陽和行星天文學的文章。他的書籍著作包括《Basic Principles of Weather Forecasting》(1942年)和《Physics of Negative Viscosity Phenomena》(1968年)。


Starr於1961年獲得Carl-Gustaf Rossby Research Medal,“for his more than a decade of outstanding fundamental research leading to a better understanding of the general circulation of the atmosphere.” (wiki - Carl-Gustaf Rossby Research Medal)。



— Dave Fultz (1921-2002)



Dave Fultz的簡介主要根據這篇文章:Meteorologist Fultz pioneered circulation models, The University of Chicago Chronicle, Sept. 26, 2002, Vol. 22 No. 1。



Dave Fultz畢業後繼續留在芝加哥大學,直到1992年退休,期間一直擔任流體動力學實驗室的領頭 (head of the Hydrodynamics Laboratories)。 Fultz最著名的是「轉盤實驗」(‘dishpan’ experiments),用實驗器材來研究旋轉流體在各種動力和熱力作用下形成的特徵,這些特徵類比於實際的大氣和海洋環流,藉由實驗可以研究這些特徵背後的基本原理,來解釋實際的環流特徵,這也促成大氣環流模式的發展。此外,據Fultz的學生Tom Spence回憶,流體動力學實驗室是來訪科學家最喜歡的熱門景點。。


Fultz於1967年獲得Carl-Gustaf Rossby Research Medal,”for his outstanding and pioneering research over the past 20 years, which has resulted in laboratory experimental techniques in dynamic meteorology. Through example and personal instruction, these techniques have been the root of nearly all of the modeling studies of the general circulation that have been carried out to date.” (wiki - Carl-Gustaf Rossby Research Medal)。



— Reid Bryson (1920-2008)



Reid Bryson的簡介主要來自於Naylor (2022)和Lewis (1992)。他的故事十分精彩,也是個相當有爭議的氣候科學家。之後應該單獨寫一篇。這裡先寫簡介。


Bryson大學時主修地質學,當美國參與二戰時,他報名了芝加哥大學的軍用氣象人員訓練課程,然後被派去波多黎克大學的熱帶氣象中心進修 (Institute of Tropical Meteorology, University of Puerto Rico),幾個月後變成講師 (Naylor 2022)。二戰結束後,1945年他回到芝加哥大學攻讀氣象學博士,Rossby同意當他的指導教授。


根據Bryson的回憶,他在關島服役時就寫完了博士論文大半部分,在芝加哥大學時繼續修改和延伸。他將論文寄給Rossby後,在1946年春天拜訪了威斯康辛大學 (University of Wisconsin),同年夏天接受了該校地理學系的氣象學/地質學助理教授職位。


然而,Rossby一兩年來都沒有看他的論文和回覆,想必Bryson十分焦躁和不滿。1948年,在共同指導教授Erwin Biel的幫助下,Bryson拿到芝加哥大學的氣象學博士學位,但此時他早已在威斯康辛大學工作 (Lewis 1992; Naylor 2022)。同年他把氣象學從威斯康辛大學的地理系獨立出來,創立氣象學系 (現為大氣與海洋科學系 Atmospheric & Oceanic Sciences),並在那擔任教職直到退休


Bryson的研究專長和成就在氣候學領域,尤其在氣候-生物圈的關係、氣候跟人文科學的交互作用等,是研究氣候如何影響人文和生態的先驅之一。因為他的興趣橫跨很大的領域,1963年他在威斯康辛大學成立氣候研究中心 (Centre for Climatic Research),來進行跨領域的氣候研究 (Naylor 2022; Centre for Climatic Research - About Reid Bryson)。


Bryson還是將氣候科學從自然科學拉到政治和媒體焦點的先驅者之一。1973年爆發世界糧食危機 (World Food Crisis),Bryson很有爭議的將高漲的糧食價格和氣候變遷連結在一起,並出版了 “Climates of Hunger: Mankind and the World's Changing Weather” 這本書 (Amazon link),震驚了當時的政治家如美國前副總統Hubert Humphrey。世界開始注意到氣候變遷對農業的影響,並在1979年舉辦World Climate Conference來評估可能衝擊 (Naylor 2022)。



— 郭曉嵐 (1915-2006)



郭曉嵐的簡介主要根據這篇文章:Kuo helped build theoretical foundation for meteorology, The University of Chicago Chronicle, June 8, 2006, Vol. 25 No. 18,和 郭曉嵐_百度百科


郭曉嵐的博班工作是延伸Lord Rayleigh在流體力學的研究 (Lord Rayleigh是1904諾貝爾物理獎得主,以研究氣體密度和發現氬氣得獎。他對物理學許多領域都有重要貢獻,例如Rayleigh scattering),從理論推導出大尺度大氣的不穩定理論,稱為Rayleigh-Kuo theorem。


畢業後,1949-1961年郭在MIT參與Hurricane Project,研究颶風的動力結構、能量傳送等。1962年,郭回到芝加哥大學的地球物理學系 (Department of Geophysical Sciences; 由氣象學系和地質學系合併成立的新系所) 任教,直到退休。


郭對大氣動力學,特別是大氣不穩定理論、大氣環流理論、熱帶動力學理論等做出重要貢獻 (钱永甫等, 2006),他提出的積雲參數化方案也曾被廣泛使用。郭在1970年獲頒 Carl-Gustaf Rossby Research Medal,”for his fundamental research in atmospheric dynamics, beginning with his thesis on the stability of barotropic flow and continuing on the general circulation, the theory of hurricane formation, thermal convection, interaction of the atmosphere with the earth's surface, and on many other topics of great importance.” (wiki - Carl-Gustaf Rossby Research Medal)。


題外話,我碩班時研讀過郭氏積雲參數化方案 (Kuo 1965; 1974),博士後老闆Leo Donner是郭曉嵐在芝加哥的學生,感覺自己跟郭有點連結。



— George Platzman (1920-2008)



George Platzman的生平主要根據George W. Platzman, meteorologist, 1920-2008, UChicago News, Aug 18, 2008


George Platzman畢業後繼續留在芝加哥大學任教,直到1990年退休。他的研究專長是大氣動力、海洋動力、暴潮 (storm surge)、和數值天氣預報。他參與了1948年開啟的Meteorology Project,這計劃在普林斯頓高等研究院 (Institute for Advanced Study) ,用Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC)來進行數值天氣預報的研究和實踐,是現行數值天氣預報的始祖。


他的友人Akira Kasahara認為「他不只是一位傑出的科學家,他所做出的評斷總是讓我非常信任」("I highly regard George not only as an accomplished scientist, but as a man who had judgment that I could always trust."; George W. Platzman, meteorologist, 1920-2008, UChicago News, Aug 18, 2008),我很喜歡這段話。


題外話,Platzman的個人興趣是收集蕭邦的早期印刷樂譜,還有維多利亞時代科學歷史相關的物品。他1960年代在芝加哥大學圖書館設立Rose K. Platzman Memorial Collection,收藏包含浪漫主義作曲家的早期作品,以此紀念擔任鋼琴教師的母親。


American Meteorological Society Oral History Project在1990年有對George Platzman的訪談 (Transcript of Oral History Interview of George W. Platzman),有興趣可以看看。



— 葉篤正 (1916-2013)



我之前寫過兩篇關於葉篤正的筆記:

這邊就簡單敘述一下。


葉篤正畢業後先留在芝加哥工作,1949年新中國成立,他打算回中國服務,即使Rossby試圖挽留也沒用。葉想將Rossby的思想和芝加哥學派帶到中國,加速中國的氣象學現代化過程,趕上當時處於領先的歐美國家。


回到百廢待興的新中國,葉篤正和幾個中國科學院地球物理研究所的同伴,從無到有建立中國氣象研究硬體設施和教育人才,做出重要的研究成果。在事業正達顛峰時,不幸的遇到文革,葉被極盡批鬥羞辱,無數次想自殺。文革結束後,他再次承擔復興中國氣象研究的使命,留下重要的研究成果,以及培育無數的氣象人才。


葉篤正最著名的研究貢獻應該是開創了青藏高原氣象學,提出了青藏高原在夏季是熱源,冬季是冷源的見解,進而研究青藏高原對東亞大氣環流和全球氣候變遷的影響。他還協助建立了中國科學院大氣物理研究所,積極參與國際氣象研究活動如World Climate Research Programme (WCRP) 和International Geosphere-Biosphere Programme (IGBP)。此外,他培養出好幾代的中國氣象人才,像是中國科學院院士曾慶存、周秀驥、巢紀平、黃榮輝、吳國雄、李崇銀等都是他的學生或者接受過他的指導。



— George Cressman (1919-2008)



George Cressman是Rossby唯一去氣象局長期服務的學生。Cressman過世後,紐約時報有一篇很不錯的介紹短文 (George Cressman Dies at 88; Led Weather Service, by Bruce Weber, May 10, 2008),以下是內容摘要。


George Cressman畢業後不久,就到美國氣象局 (US Weather Bureau) 服務。當時數值天氣預報正要開始發展,氣象局成立了Joint Numerical Weather Prediction Unit來研究怎麼把數值天氣預報作業化,Cressman擔任這個Unit的首位主任。


1965-1979年,Cressman擔任氣象局局長,任職期間他專注於提高氣象服務的實用性、擴張氣象雷達的數量、建立了一個全國性的廣播網絡、以及洪水及龍捲風的早期預警系統。因為這些貢獻,1976年世界氣象組織 (WMO) 頒給他 International Meteorological Organization Prize。


在Cressman的自傳中,他說「我在職業生涯中追求兩個主要目標:1. 學習如何解六個同時存在的偏微分方程組,2. 搞清楚得到這些答案後要做什麼。這非常有趣,如果還有機會,我還會再做類似的事情。」(“I spent my professional life in pursuit of two main objectives: to learn how to integrate six simultaneous, partial differential equations and to figure out what to do with the answers,” Dr. Cressman wrote in his autobiography. “It was fun, and I’d do something like it again.”)


American Meteorological Society Oral History Project在1992年有對George Platzman的訪談 (Oral History Interview with George Cressman),有興趣可以看看。



— 謝義炳 (1917-1995)



謝義炳的歷程和成就主要參考這篇文章:

谢义炳:坚守为民初心的气象学家,《学习时报》,2024年5月8日


謝義炳畢業後回到剛成立的新中國,在清華大學任教,將現代氣象學引入中國。據他當時的學生,後為中國科學院士、北京大學大氣科學系教授的趙柏林回憶:「他[謝義炳]親筆畫的示範天氣圖就掛在氣象系。謝先生帶回大批的北半球歷史天氣圖,整整有一書櫃。除清華氣象系的師生外,中國科學院地球物理與氣象研究所、中國氣象局也有人使用。謝先生帶回全球氣象資料的幻燈膠片,我們幾個學生作為勞務,抄一份給中國科學院使用」(赵柏林:我的恩师谢义炳院士, 2010-12-14)。


1952年,為了強化氣象學的數理基礎,謝義炳借系所調整的機會,提議將清華大學氣象系與北京大學物理系結合起來,經校方同意後,北大物理系多了氣象專業,謝義炳擔任物理系副系主任,全面負責氣象專業的建設,新增了動力氣象學、流體力學、大氣聲光電學等課程,提升北大氣象專業的能見度和影響力。


謝義炳的研究方向集中在「大氣環流系統」和「東亞降水天氣系統與濕斜壓天氣動力學」兩方面。他除了教學和研究以外,還特別關注應用方面,認為身為氣象研究者,應承擔起解決天氣預報攸關民生這一重任。他身體力行的提出了濕斜壓概念和「濕斜壓天氣動力學」系統理論,顯著提升中國北方降雨的預報能力。


謝義炳獲得許多獎項和榮譽,包括全國科學大會獎 (1978)、和國家自然科學獎二等獎 (1987),於1980年獲選中國科學院院士。



— Joanne Simpson (​​1923-2010)



我之前寫過三篇關於Joanne Simpson的筆記:

這邊簡單敘述一下。


Joanne Simpson (1923-2010) 是美國第一位女性氣象學博士,身為一位女性、妻子、和母親,她整個職涯都在對抗學術界對女性的歧視和不公,包括她的指導教授Rossby。Rossby曾對她說 “...no one was very interested in them [clouds], so it was a good subject 'for a little girl to study'.” (https://www.stmweather.com/blog/profiles/joanne-simpson-trailblazer-for-women-in-stem) [不負責任翻譯:沒有人對研究雲有什麼興趣,是個適合小女孩做的題目]。


Simpson拿到博士以後,因為女性身份讓她求職屢屢受挫,最後終於拿到Illinois Institute of Technology的職位。後來她在Woods Hole、UCLA、U of Virginia、NOAA、NASA Goddard等地方工作,最後在NASA退休。


Simpson對氣象學有巨大貢獻,她提出了熱塔假說 (“Hot Tower” Hypothesis),發展第一個雲模式,推動許多重要的氣象觀測計畫如TOGA COARE、GATE、TRMM等,她認為TRMM是她的職涯最重要的成就。


Joanne Simpson在1983年獲得Carl-Gustaf Rossby Research Medal,”for her outstanding contributions to our understanding of convective clouds, and the role of convection in the formation and maintenance of hurricanes and other wind systems over tropical oceans.” (wiki - Carl-Gustaf Rossby Research Medal)



— Chester Newton (1920-2017)



Chester Newton的生平主要參考這篇文章:Newton, Chester W, NCAR Archives


Chester Newton畢業後,去瑞典斯德哥爾摩大學當綜觀天氣分析師 (1951-1953年),之後在Woods Hole工作一陣子,1953年回到芝加哥大學氣象學系擔任研究員,1956年成為助理教授。1963年,在Philip Thompson和Walter Orr Roberts的邀請下,他加入NCAR擔任綜觀氣象組主任 (現為Climate Analysis Section of the Climate and Global Dynamics Division),直到退休。


Newton的研究興趣是綜觀天氣學,包括強對流風暴、氣旋的結構和物理過程、鋒面和急流,以及全球大氣和海洋的動量和能量收支。他曾於1961年擔任美國氣象局國家的強風暴計劃(National Severe Storms Project)的首席科學家。


Newton於1995年獲得Carl-Gustaf Rossby Research Medal,”for fundamental research contributions in the areas of the structure and dynamics of jet streams, fronts, cyclones, severe storms, and mesoconvective systems; and the behavior of the general circulation of the atmosphere.” (wiki - Carl-Gustaf Rossby Research Medal)。


American Meteorological Society Oral History Project在1990年有對Chester Newton的訪談 (Oral History Interview with Chester Newton),有興趣可以看看。



— John Freeman (1920-2004)



John Freeman的生平主要參考這篇文章:Hasling, Jill (2005): OBITUARIES: JOHN C. FREEMAN Bulletin of the American Meteorological Society; Boston Vol. 86, Iss. 2, (Feb 2005): 278-279. (full text on ProQuest)


跟George Platzman一樣,Freeman參與了在普林斯頓高等研究院的Meteorology Project,用ENIAC來進行數值天氣預報的研究和實踐。1953年,Freeman擔任德州農工大學海洋學系(Department of Oceanography, Texas A&M University)的副教授和氣象學家,並於1956年協助該校成立氣象學系。1959年,他去休士頓的聖湯瑪士大學 (University of St. Thomas in Houston) 成立氣象學系,在該校擔任教授直到1990年退休。


John Freeman職涯成就主要在教學方面,深入淺出地將氣象學知識教給聖湯瑪士大學的學生,不管是氣象學系或是非氣象學系的學生都受益良多。


值得一提的是,休士頓有一間以他命名的天氣博物館,John C. Freeman Weather Museum,來表彰他對德州和休士頓地區天氣研究的貢獻。


▋後記


我本來沒有打算一一介紹Rossby的學生,但查一下他們的研究歷程和成就,實在是太厲害了!完全可用「強將底下無弱兵」來形容。


他們從芝加哥大學畢業後,繼續留在大氣科學領域並做出重大貢獻,而且其中絕大多數是當教授,他們的學生想必從他們身上一窺Rossby的思想和風範。


Rossby不只是深深影響同時代的大氣科學家,其影響力持續到未來的所有科學家。


▋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


Byers, H. (1959). Carl-Gustaf Rossby, the organizer. The Atmosphere and Sea in Motion, B. Bolin, Ed., Rockefeller Institute Press, 56-59.


Byers, H., (1960). Carl-Gustaf Arvid Rossby 1898-1957, National Academy of Sciences.

http://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/rossby-carl-gustaf.pdf


Lewis, J. M. (1992). Carl-Gustaf Rossby: A Study in Mentorship. Bulletin of the American Meteorological Society, 73(9), 1425–1438. https://doi.org/10.1175/1520-0477(1992)073<1425:cgrasi>2.0.co;2


McIntyre, D. P. (1951). The philosophy of the Chicago School of meteorology. Archiv Für Meteorologie, Geophysik Und Bioklimatologie Serie A, 4(1), 24–32. https://doi.org/10.1007/BF02246790


Naylor, R. L. (2022). Reid Bryson: The crisis climatologist. In Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change (Vol. 13, Issue 1). John Wiley and Sons Inc. https://doi.org/10.1002/wcc.744


钱永甫, 陈月娟, 王谦谦, & 巢纪平. (2006). 郭晓岚教授对大气科学的杰出贡献——悼念郭晓岚先生逝世. 气象学报, 4, 405–411. https://doi.org/10.11676/qxxb2006.040


胡永云. (2007). 我所知道的芝加哥学派. http://202.38.64.11/~qiu/Chicago.pdf