Sir (William) Napier Shaw by Walter Stoneman. © National Portrait Gallery, London. https://www.npg.org.uk/collections/search/person/mp56200/sir-william-napier-shaw
Sir (William) Napier Shaw by Bassano Ltd. © National Portrait Gallery, London.
https://www.npg.org.uk/collections/search/portrait/mw52480/Sir-William-Napier-Shaw
William Napier Shaw 爵士 (1854-1945，享年91歲) 是英國物理學家和氣象學家，也是推動現代氣象學發展的重要人物之一。他早年是實驗物理學家，因研究空氣濕度測量方法開始接觸氣象學，後受邀加入氣象理事會 (Meteorological Council），進行更多氣象研究與實務工作。1905年，Shaw 擔任英國氣象局（Meteorological Office）首位局長，積極推動組織改革，引進物理學背景的研究人員，將原本以氣象觀測、資料整理及例行業務為主的氣象局，逐漸轉型為重視科學研究的現代氣象機構。
除了氣象局的改革，Shaw 在氣象理論、教育及國際合作方面也有重要貢獻。1906年，他與 R. G. K. Lempfert 合著《The Life History of Surface Air Currents》，分析氣流運動與大氣中的不連續現象，已相當接近後來極鋒理論的概念。他也發展了溫熵圖 (tephigram, T-φ-gram)，是四種常被用在天氣分析及預報的熱力學圖之一。1926至1931年間，他出版四卷本《Manual of Meteorology》，系統性整理當時的氣象學知識，特別強調氣象學的數學與物理基礎原理。另外，Shaw 於1907至1923年間擔任國際氣象組織（International Meteorological Organization）主席，積極促進國際氣象觀測、資料交換與標準化合作，並導入毫巴 (millibar) 作為氣壓量測的標準單位。
我在看氣象歷史故事時，時常看到 Napier Shaw 的名字，直到最近才仔細看了他的故事和貢獻。Shaw 的職涯大致可以分為三個階段：第一個階段在劍橋大學物理系，作為教師 （teacher） 約二十年；第二個階段擔任英國氣象局局長，作為行政管理者（administrator）約二十年；第三個階段是退休後，作為作者和顧問 （author and adviser）約十五年 (Gold, 1945)。
雖然 Shaw 的工作和貢獻跟我沒有太多連結，對我來說他是個遙遠的古人，但在當時的時代背景下，他怎麼進行氣象學研究、改革氣象局組織和文化、還有推動國際氣象交流與合作，略略一窺現代氣象學發展的草創階段，蠻有意思的。
系列文 Part 1，簡記 Shaw 在劍橋大學和氣象理事會的歷程，主要參考資料是英國皇家學會對他的簡介 (Gold, 1945)，以及 Shaw 自己的回憶錄 (Shaw, 1934)。
▋Shaw的生平簡介
1854年3月4日，出生於英國伯明罕 (Birmingham)。
1862–1872年，就讀伯明罕的愛德華六世國王學校 (King Edward VI's School)。
1872–1876年，就讀英國劍橋大學 (Cambridge University) 的 Emmanuel College，主修數學、物理、和化學。以數學榮譽考試第16名（16th Wrangler）和自然科學榮譽考試物理一等成績 ( First with distinction in physics in the Natural Science Tripos) 畢業。
1876–1900年，任職於劍橋大學的卡文迪許實驗室 (Cavendish Laboratory)，即劍橋大學物理系。
1878–1879年，去德國弗萊堡 (Freiburg) 跟 Emil Warburg 進行短期訪問研究，之後去德國柏林 (Berlin) 跟 Hermann von Helmholtz 進行短期訪問研究。
1879年，卡文迪許實驗室實驗教學指導員 (Demonstrator)。
1887年，劍橋大學實驗物理學講師 (University Lecturer in Experimental Physics)。
1897–1900年，氣象理事會 (Meteorological Council) 委員。
1898年，卡文迪許實驗室助理主任 (Assistant Director)。
1900–1905年，氣象理事會秘書長 (Secretary of the Meteorological Council)。
1905–1920年，英國氣象局 (Meteorological Office) 首位主任，1920年於氣象局退休。
1920–1924年，英國倫敦帝國學院的第一位氣象學教授 (Professor of Meteorology at Imperial College of Science and Technology)，於1924年退休。
1945年3月23日，於英國倫敦過世，享年91歲，葬於伯明罕的Key Hill Cemetery。
＊榮譽 (部分)
1891年，英國皇家學會會士 (Fellow of the Royal Society)
1906年，Guy Medal in Silver，英國皇家統計學會 (Royal Statistical Society)
1910年，Symons Gold Medal，英國皇家氣象學會 (Royal Meteorological Society)
1915年，英國政府授予爵士爵位 (Sir)，後常被稱為Sir Napier Shaw
1921年，葡萄牙聖雅各佩劍軍事勳章 司令官級 (Commander of the Order San Tiago da Espada)
1923年，Buys Ballot Medal，荷蘭皇家藝術與科學院（Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences）
榮譽學位：亞伯丁大學、愛丁堡大學、雅典大學、都柏林大學、哈佛大學及曼徹斯特大學 (Universities of Aberdeen, Edinburgh, Athens, Dublin, Harvard and Manchester)
科學院院士：波士頓、奧斯陸、羅馬及斯德哥爾摩 (Foreign Member of the Academies of Boston, Oslo, Rome and Stockholm)
＊社群服務 (部分)
1907–1923年，國際氣象組織主席（President of the International Meteorological Committee, IMO）
1918–1919年，英國皇家氣象學會會長 (President of the Royal Meteorological Society)
1921–1930年，國際大地測量與地球物理聯合會 氣象學部門主席（President of the Meteorological Section of the International Union of Geodesy and Geophysics, IUGG）
1924–1936年，英國農業氣象理事會主席 (Chairman of the Agricultural Meteorological Committee)
＊重要著作
Glazebrook, R. T. and Shaw, W. N., 1885: Practical physics. Longmans Green & Co., London
Shaw, W. N. and Lempfert, R. G. K., 1906: The life history of surface air- currents. A study of the trajectories of moving air. Meteorological Office, M.O. 174, London
Shaw, Sir Napier, 1926–31: Manual of meteorology, I 1926, II 1928, III 1930, IV 1931. Cambridge University Press.
▋少年時代和求學歷程
Napier Shaw 於1854年3月4日出生於英國伯明罕 （Birmingham）。他的父親 Charles 是一名金飾與珠寶製造商，母親 Kezia 則是伯明罕金鍊製造商的女兒，兩人皆為新教徒（Nonconformists），育有八名子女，Shaw 排行第三。1962年，八歲的 Shaw 以獎學金生 （scholar）的身分進入伯明罕的愛德華六世國王學校（King Edward VI’s School）就讀。他的學業表現優異，1870年牛津大學伍斯特學院（Worcester College, Oxford University）提供獎學金邀請 Shaw 就讀，但他沒有去唸，一方面是父母覺得他年紀還小 (16歲)，一方面是父母不確定大學教育是否有助於他的職涯發展，也不認為他應該太早接觸大學生活。兩年後，在學校老師的勸說下，Shaw 的父母同意讓他申請大學，他也成功獲得劍橋大學伊曼紐爾學院（Emmanuel College, Cambridge University）的數學獎學金 (Gold, 1945, p203-204; Shaw, 1934, p101)。
1872年，Shaw 進入劍橋大學，他原本打算以進入印度文官體系（Indian Civil Service）為目標，因為工作內容和薪水都還不錯，但他的大學導師表示反對。導師認為，身為學院的獎學金生，Shaw 肩負著更崇高的責任。因此，Shaw 放棄進入印度文官體系的目標，決定把心力集中在一兩個領域，盡可能的學習和累積知識，然後繼續深入研究，進而拓展人類的知識 (Gold, 1945, p203-204; Shaw, 1934, p101)。
Shaw 在中學時對化學與物理很有興趣，但在劍橋的前三年，他專注學習數學，並在1876年的數學榮譽學位考試中名列第16名（16th Wrangler）。隨後，他投入化學與物理的學習，並於同年底的自然科學榮譽學位考試（Natural Sciences Tripos）取得一等成績，尤其在物理方面表現優異。在劍橋大學期間，Shaw 積極參與學院事務，推動教學制度和入學獎學金考試制度的改革 (Gold, 1945, p204-205)。
▋劍橋大學
1877年，Shaw 獲選為劍橋大學伊曼紐爾學院的研究員（Fellow），並開始在剛成立幾年的卡文迪許實驗室（Cavendish Laboratory，即劍橋大學物理系）進行研究工作，指導者是英國物理學家 James Clerk Maxwell （1831-1879，在1860年代提出電磁學著名的 Maxwell's equations 馬克士威方程組，1871年他創立了卡文迪許實驗室）。Maxwell 當時正為《大英百科全書》第九版撰寫有關電學與磁學的條目，由於 Shaw 曾在化學方面提供過一些協助，因此 Maxwell 將《電解》條目的撰寫工作交給了他，並於1878年完成。Maxwell 當時也在整理已故英國物理學家和化學家 Henry Cavendish (1731-1810) 的研究成果和實驗資料，Shaw 也幫忙用實驗室的相機翻拍 Cavendish 所繪的插圖 (Shaw, 1934, p101; Gold, 1945, p204)。
Shaw 認為從實驗物理學的角度來看，那是一個非常令人興奮的時代：
「我們才剛認識到能量守恆定律；William Thomson [後被冊封 Lord Kelvin，被稱為熱力學之父] 與 Peter Guthrie Tait正從宏觀而全面的角度探討自然哲學（Natural Philosophy），尤其著重於熱力學；而 James Clerk Maxwell 則以他獨樹一幟、無人能及的方式闡述這門學問，並將分子理論納入其中。亞佛加厥定律（Avogadro’s law）所帶來的振奮，幾乎不亞於道耳吞原子定律（Dalton’s atomic laws），而且進一步補充並完善了後者。」(Shaw, 1934, p101-102)
1879年，Maxwell 因胃癌逝世，新任卡文迪許實驗室教授 Rayleigh 男爵（John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh）邀請 Shaw 和 Richard Glazebrook 擔任實驗室的實驗教學指導員（Demonstrator），兩人也開啟了長久的合作關係，包括1885年合寫出版教科書《實用物理》(Practical physics)，以及出版了英國地磁觀測站觀測紀錄，為地磁學研究提供了必要的資料 (Gold, 1945, p205)。
1879年，George Stokes 爵士（1819-1903，在1840年代提出流體力學著名的 Navier–Stokes equations）代表氣象理事會（Meteorological Council）邀請 Shaw 進行濕度測量方法 （hygrometric methods）的研究，因為水氣是大氣中最重要的成分，研究經費由氣象理事會提供。Shaw 親自進行了一系列精密實驗，包括利用乾燥管吸收並收集空氣中的水氣，以精確測定飽和與未飽和空氣中的水氣含量，他也檢驗了不同類型的露點測量儀器、乾濕球濕度計、以及毛髮濕度計的測量結果。他的研究成果於1888年在 Philosophical Transactions 上發表，主要結論是依照當時所有實際可行的觀測方法，都無法將大氣水氣含量的測量誤差控制在1%以內。除了濕度測量研究以外，他也研究電解作用與電化學，以及完成了一篇通風理論（theory of ventilation）的論文，描述空氣在特定「空氣驅動力」作用下，通過不同管道組合時的流動情形 (Gold, 1945, p206; Shaw, 1934, p108-110)。
1891年，Shaw 獲選為英國皇家學會會士 (Fellow of the Royal Society)。
▋氣象理事會
基於 Shaw 在濕度測量方法以及蒸發過程的研究成果，1897年，皇家學會的會長與理事會任命 Shaw 為氣象理事會委員。氣象理事會的起源和職責簡介如下，更詳細的介紹請參考 Gold (1945, p208-210) 和 Shaw (1934, p102-106)。
氣象理事會（Meteorological Council）的前身是氣象委員會（Meteorological Committee），於1865年成立，轄下有氣象局（Meteorological Office）。委員會的主要工作包括設立、監督及管理氣象觀測站，以及蒐集、彙整和整理陸地與海洋的觀測資料，經費來源是政府補助款，每年10,000英鎊。
1877年，氣象委員會將其負責的業務移交給氣象理事會。氣象理事會是一個支薪的機構，由一名主席及四名委員組成，這五人由皇家學會會長及理事會提名，並經財政部核准。此外，海軍部水道測量長（Hydrographer of the Admiralty）依其職務身分擔任理事會委員 (THE RECORD OF THE ROTAL SOCIETY OF LONDON, 1897)。理事會負責管理政府補助款，每年14,500英鎊，其中約有1,000英鎊用於支持科學研究，Shaw 的濕度測量方法的研究經費就是由氣象理事會補助。理事會除了維持原有的氣象業務，也開始發行每週天氣報告，主要用於農業與公共衛生用途，以及發佈一般天氣預報。在農作物收穫季節，還額外提供給農民參考的天氣預報。
Shaw 的任命過程中，皇家學會會長和理事會並未事先徵詢氣象理事會委員們的意見，導致一些委員有些微詞，但 Shaw 很快在新職務上發揮他的學識、能力與魄力，讓委員會留下深刻印象 (Gold, 1945, p206-207; Shaw, 1934, p111-113)。
在學識方面，Shaw 介紹一位年輕物理學家 C. T. R. Wilson (1869-1959) 關於凝結過程的研究工作給理事會成員，理事會大為讚賞，跟 Wilson 聯繫後決定資助他的研究。題外話，Wilson 是1927年諾貝爾物理獎得主，表彰他發明雲室（cloud chamber，也稱為 Wilson chamber，用於觀察游離輻射路徑的粒子探測器）的貢獻。
在能力與魄力方面，葡萄牙上尉 Francisco Afonso Chaves 拜訪理事會，說當時正在鋪設新的跨大西洋電纜，這些電纜將經過亞速群島（Azores），葡萄牙政府也規劃在亞速群島建設氣象觀測站網絡。完成後，氣象電報可以免費從亞速群島傳給英國使用。氣象理事會成員們對 Chaves 的提案有點猶疑，但 Shaw 迅速支持這個提案，最後獲得通過。電纜啟用後，持續傳送的氣象電報對歐洲氣象學的發展帶來了極大的助益。另外，1898至1899年冬季大西洋風暴頻繁，按照當時的作業程序，相關觀測資料和天氣圖可能要數年後才會出版。但是 Shaw 主張要加速整理觀測結果和編制相關天氣圖，以呈現當時大西洋上空的氣象情況，使這些資料能夠更迅速地發揮科學價值。
當氣象理事會秘書長 R. H. Scott 準備退休，委員會詢問 Shaw 是否願意接下秘書長這個職位。Shaw 已在劍橋大學有穩定的職位，工作也相當具有吸引力，他也發現要兼顧卡文迪許實驗室和氣象理事會的科學研究工作，還有大學的教學和行政服務，變得愈來愈困難。如果接下秘書長的職位，好比是一位事業有成的教會牧師，突然前往一個全新、卻又不太受人重視的地方服務。儘管如此，Shaw 看見了這個職位所蘊含的機會，也認為自己能勝任這項挑戰，因此決定接受邀請擔任氣象理事會秘書長，雖然他承認自己「懷有相當多的疑慮」（“with a good deal of misgiving”; Gold, 1945, p207）。
1900年三月，Shaw 離開待了28年的劍橋大學，開始擔任氣象理事會秘書長 (Shaw 1934, p114-115)。
上任後，Shaw 投入相當多的時間與精力在日常行政工作，包括理事會每兩週召開一次的會議。他也開始全面地熟悉了解氣象局的各項業務，包括視察一部分氣象觀測站，了解觀測人員以及觀測儀器的設備狀況與安裝方式。1901年，在氣象理事會的同意下，Shaw 對氣象局進行了一次大規模的組織調整，並改善局內員工的聘僱與工作條件 (Gold, 1945, p211)。
Shaw 認為，氣象局作為一個科學機構，但是局內的工作人員都未曾接受過基礎科學訓練。所有的科學專業知識，都集中在領導階層的氣象理事會身上。他懷疑，對於天氣這樣複雜的研究對象，將科學研究工作委託給氣象局外部研究人員，是否真的能夠獲得良好的成果？一種可行的解決方式，是聘請一位具有充分科學專業訓練的研究助理，在他忙於管理事務、無暇兼顧研究時，讓研究工作持續進行，助理也可以針對研究中的細節提出獨立的批判與意見。1902年，他獲得理事會批准，為秘書長增聘一名科學研究助理。他說服以前在劍橋的學生 R. G. K. Lempfer 來擔任助理。Shaw 和 Lempfer 一開始的工作是研究倫敦霧的發生情況與頻率，他們透過分析觀測資料，把倫敦霧的發生與英倫群島及歐洲西北部的大尺度天氣形態聯繫起來，並嘗試釐清地表性質是否會顯著影響霧的發生機率。他們的研究結果顯示，倫敦地區位於黏土及製磚用土上的地點，似乎比其他地區更容易發生霧，顯示建築物與鋪設路面會影響霧發生的機率 (Shaw 1934, p116; Gold, 1945, p211; p214)。
由於氣象觀測資料的數量持續增加，範圍也不斷擴大，氣象局的例行業務日益繁重，氣象理事會難以撥出經費給科學研究。皇家學會表示，除非政府增加科學研究經費，不然理事會難以繼續管理氣象局的政府補助款，但是財政部無法同意按照皇家學會的建議增加補助經費。最終，財政部決定改變氣象局的管理制度，設置一名局長（Director），由他更全面地負責氣象局所有業務的執行與行政管理。同時，成立一個不支薪的委員會，協助局長管理氣象局。兩名委員由皇家學會提名，其他委員由與氣象業務關係最密切的政府部門推薦，最後由財政部正式任命 (Gold, 1945, p210; Shaw, 1934, p115-116)。
氣象局的組織調整完成後，Shaw 獲邀出任首位氣象局局長，經過一番猶豫後他接受了這項任命，但不確定「這是否明智」（”I said ‘Yes’ ! - I wonder if I was wise.”; Shaw, 1934, p115）。
1905年，時年51歲的 Shaw 開始擔任氣象局長，直到1920年年滿65歲退休。他在英國氣象局的工作跟推動的國際氣象合作留待後文介紹。
▋參考資料
Burton, J., 2004: William Napier Shaw –father of modern meteorology. Weather, 59, 307–308, https://doi.org/10.1256/wea.45.04.
Burton, J. (2004, September 23). Shaw, Sir (William) Napier (1854–1945), meteorologist. Oxford Dictionary of National Biography. Retrieved 16 Oct. 2026, from https://www.oxforddnb.com/view/10.1093/ref:odnb/9780198614128.001.0001/odnb-9780198614128-e-36054.
Gold, E., 1945: William Napier Shaw, 1854-1945. Obituary Notices of Fellows of the Royal Society, 5, 203–230, https://doi.org/10.1098/rsbm.1945.0013.
Shaw, N., 1934: The March of meteorology. Random recollections. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 60, 101–120, https://doi.org/10.1002/qj.49706025403.