ジョセフ・スマゴリンスキー

ジョセフ・スマゴリンスキー
ジョセフ・スマゴリンスキー
生まれる	( 1924-01-29 )1924年1月29日 ニューヨーク市、米国
死亡	2005年9月21日(2005-09-21)（享年81歳） ヒルズボロ、ニュージャージー州、アメリカ合衆国
母校	ニューヨーク大学
知られている	大循環モデル
配偶者	マーガレット・スマゴリンスキー
科学者としてのキャリア
フィールド	気象学
機関	アメリカ海洋大気庁 プリンストン大学
博士課程の指導教員	ベルンハルト・ハウヴィッツ

ジョセフ・スマゴリンスキー（1924年1月29日 - 2005年9月21日）はアメリカの気象学者であり、アメリカ海洋大気庁（NOAA）の地球物理流体力学研究所（GFDL）の初代所長であった。^[1]

ジョセフ・スマゴリンスキーは、ネイサン・スマゴリンスキーとディナ・アザロフの子として生まれた。両親はベラルーシのゴメリ出身で、 20世紀初頭の命を脅かす暴動から逃れてきた。ネイサンとディナはゴメリで3人の息子をもうけた。ヤコブ（幼児期に死亡）、サミュエル（1903年生まれ）、デイビッド（1907年生まれ）。1913年、ネイサンはフィンランドの海岸からエリス島を経由してマンハッタンのローワー・イースト・サイドに移住した。ネイサンは最初、住宅塗装工として働いていた。その後、親戚の助けを借りてペンキ店を開いた。1916年、事業が軌道に乗ると、ディナ、サム、デイビッドはムルマンスクへ移住し、その後ノルウェー沿岸を南下してクリスチャニア（現在のオスロ）へ行き、船でニューヨークへ渡り、そこでネイサンと合流した。彼らには他に2人の子供がいた。ヒレル（ハリー）（1919年生まれ）とジョセフ（1924年生まれ）である。

ジョセフは 3 人の兄弟と同様に、父親のペンキ店で働いていました。この店は、年月を経て金物店とペンキ店に発展しました。サムとハリーはペンキと金物店の仕事を続け、最終的にハリーが元の店のオーナーになりました。10 代の頃、デイビッドは店主のために看板を描き始め、その後看板のペンキ塗りビジネスを始めました。

ジョセフはマンハッタンのスタイヴェサント高校の数学と科学部に通った。 ^[2]ジョセフが大学進学に興味を示したとき、家族は会議を開き、その可能性について話し合った。サムとデイビッドはジョセフには大きな将来性があり、大学に行く機会に値するという意見を主張した。

スマゴリンスキーはニューヨーク大学（NYU）で理学士号（1947年）、理学修士号（1948年）、博士号（1953年）を取得した。 ^[2] NYUで2年生の途中で、彼は空軍に入隊し、数学と物理学の才能で選ばれたエリート士官候補生グループに加わった。それらの才能により、スマゴリンスキーは空軍気象学プログラムに選ばれることになった。その後、彼と他の新兵はブラウン大学に送られ、 6か月間数学と物理学を学んだ。その後、彼はマサチューセッツ工科大学（MIT）に送られ、力学気象学を学んだ。彼のインストラクターは、後に決定論的カオスの数学的理論の先駆者となるエド・ローレンツであった。戦時中、スマゴリンスキーは気象観測員として爆撃機の機首に乗り、波の推定サイズ、飛行機の高度での気温と風速の観測などの目に見える要因に基づいて天気予報を行った。^[3]

戦後、スマゴリンスキーは学業を終えた。当初は造船技師を志していたが、ウェッブ研究所には入学できなかった。その後、気象学を職業と教育の焦点とした。博士課程の学生として、残りの兵役中に、ジュール・チャーニーによる天気予報の講義に出席し、講義後の質疑応答で一連の鋭い質問をした。著名な大気科学者であるチャーニーは、スマゴリンスキーをニュージャージー州プリンストンの高等研究所に招待し、ジョン・フォン・ノイマンが設計していた新しい電子計算機を使用して中層対流圏（大気の下層部分）の大規模な運動の予測可能性を調査した。

1950年4月、スマゴリンスキーは現代気象学の大きな節目に参加した。ラグナル・フィヨルトフト、ジョン・フリーマン、ジョージ・プラッツマンとともに、チャーニーと協力して、電子数値積分計算機（ENIAC）でチャーニーの最も単純な方程式を解いた。妻のマーガレット・スマゴリンスキー（旧姓クノッフェル）もENIACコンピュータをプログラムしたチームのメンバーであり、^[4]気象局に雇われた最初の女性統計学者であった。^{[5] [6] [7]}フォン・ノイマンの新しいプリンストン・コンピュータが遅れていたため、メリーランド州アバディーンにある陸軍のコンピュータを使用するよう手配された。結果は十分に現実的であり、数値処理による天気予報が有望であることを示すものであった。 ENIAC の研究後、スマゴリンスキーは高等研究所に移り、チャーニーとフォン・ノイマンとともに、コンピューターの新技術を採用した天気予報への根本的に新しいアプローチの開発に取り組みました。

1940 年代後半にコンピュータが登場する前は、天気予報は非常に粗雑なものでした。アメリカ気象学会(AMS) とその指導者 (そのほとんどが大学で教鞭をとっていた) は、依然として、気象学を工学や他の物理科学と同等の敬意を払われる専門分野にすることを目指していました。卓越した数学者であるフォン・ノイマンは、コンピュータによってデータ処理が大幅に高速化され、天気予報の応答性が向上する可能性を最初に見出した一人でした。^[8]彼は抽象的な実践としての数学に満足しませんでした。天気予報は、新しいコンピュータ技術を活用できる数学的原理の非常に具体的な応用を彼に提供しました。高等研究所で、彼は数学の知識を活用し、スマゴリンスキーはチャーニーと協力して数値天気予報と呼ばれる新しいアプローチを開発しました。このアプローチは、気象観測気球から収集されたデータに依存していました。その後、データはコンピュータに入力され、物理法則に従って、乱気流、水、熱、その他の要因がどのように相互作用して気象パターンを生み出すかを予測できるようになりました。 （スマゴリンスキーは、気象観測気球の仕組みを実演するために小学校の教室を訪問し、子供たちに慕われていた。）

スマゴリンスキーは、ニューヨーク大学でベルンハルト・ハウヴィッツの指導の下で執筆した博士論文で、陸と海洋の温度差によって生じる中緯度の熱源と熱シンクがジェット気流の進路を乱す仕組みについて新しい理論を展開した。この理論は、現在では準地衡流理論として知られる、大気の運動方程式をジュール・シャルニーが見事に簡略化した理論を初めて応用したものの一つである。この研究は、高等研究所でのシャルニーとの交流から大きな恩恵を受けた。この理論は長年にわたって精緻化され、中緯度の気候の維持や熱帯と中緯度の相互作用に関する数多くの洞察を提供している。

フォン・ノイマンとチャーニーのもとで修行と仕事をした後、1953年、29歳のスマゴリンスキーは米国気象局に就職し、合同数値気象予報ユニットの先駆者の一人となった。1955年、フォン・ノイマンの提案で、米国気象局はスマゴリンスキーの指揮の下、大気大循環研究セクションを創設した。スマゴリンスキーは、フォン・ノイマン/チャーニーのコンピュータモデリングプログラムの最終段階、すなわち3次元、全球、原始方程式による大気大循環モデルを継続することが自分の使命であると感じていた。大気大循環研究セクションは当初、気象局のJNWPユニットに近いメリーランド州スーツランドに所在していた。この部門はワシントン DC に移転し、1959 年に一般循環研究研究所に改名され、さらに1963 年に地球物理流体力学研究所(GFDL) に改名されました。研究所は 1968 年に現在のプリンストン大学に移転しました。スマゴリンスキーは 1983 年 1 月に退職するまで研究所の指揮を続けました。

スマゴリンスキーの重要な洞察は、コンピューターの性能が向上すれば、天気予報のように数日間の大気の変化をシミュレートするだけでなく、地球の気候のシミュレーションも可能になるというものでした。このようなシミュレーションの目的は、天気の詳細な変化を予測することではなく、運動方程式、熱力学、放射伝達を十分な期間にわたって統合して天気、つまり気候の統計をシミュレートし、これらの統計が大気の組成、地球表面の特性、海洋の循環によってどのように制御されるかを研究できるようにすることです。

スマゴリンスキーの多くの才能の中には、創造的な科学者を GFDL のスタッフに引き付けたこともあった。そのうちの 2 人は、1959 年の気候モデル研究者であるシュクロウ マナベと、1961 年の海洋モデル研究者であるカーク ブライアンで、ブライアンは1969 年に最初の気候モデルの開発を先導した。このモデルは、海洋と大気の相互作用を考慮に入れた最初のアプローチである一般循環モデルであった。スマゴリンスキーは、一般循環モデル (GCM) のコーディングと開発作業にマナベを割り当てた。1963 年までに、スマゴリンスキー、マナベ、および彼らの協力者は、9 レベルの半球原始方程式一般循環モデルを完成させた。マナベは大規模なプログラミング スタッフを与えられたため、コーディングに過度に関与することなく、モデルの数学的構造に集中することができた。 1955年から1956年にかけて、スマゴリンスキーはジョン・フォン・ノイマン、ジュール・チャーニー、ノーマン・フィリップスと共同で、原始方程式のサブセットを使用した2レベルの帯状半球モデルを開発した。1959年からは、9レベルの原始方程式による大気大循環モデル（やはり半球型）の開発に着手した。次の10年の終わりまでに、GCMは気候研究の中心的なツールとして世界的に登場した。ワシントンとプリンストンでスマゴリンスキーと研究した他の研究者には、イシドロ・オルランスキー、ジェリー・マールマン、真鍋淑郎、栗原良雄、都田喜久郎、ロッド・グラハム、リース・ホロウェイ、アイザック・ヘルド、ギャレス・ウィリアムズ、ジョージ・フィランダー、ダグラス・リリーがいる。

この最初の気候モデルの開発は、このような複雑な問題に対処するには個人の調査では不十分であるというスマゴリンスキーの信念に基づいていました。彼は、このような画期的な成果を達成するには、科学者のチームが共有する高速コンピュータを使用して大規模な数値モデルを作成する必要があることに気付きました。1992年のアメリカ気象学会紀要には、「地球物理流体力学研究所におけるスマゴリンスキー博士のほぼ絶え間ない卓越性の追求は、世界中の他の研究所やセンターの基準となり、科学としての気象学の発展に大きく貢献しました」と記されています。国際気象大気科学協会会長のマイケル・マクラッケンは、スマゴリンスキーの死後、「GFDLは設立当初から世界的に有名であり、優れた科学者たちが優れた研究を行い、世界中の科学者が学び、協力し、その後、優れた科学者として母国や他の機関に戻ってきました。まったく新しい科学研究分野が生まれただけでなく、それをうまく行うことができる科学者のコミュニティも生まれました」と書いています。^[9]

スマゴリンスキーは、天気予報に最も幅広い視点を提供するために、通常のサークル外から多くの科学者を招聘しました。キャリアのごく初期には、海洋学者のパイオニアであるカーク・ブライアンを GFDL に招き、海洋が天気に与える影響を解明させました。また、第二次世界大戦の直後、国民がまだ日本に警戒​​感を抱いていたときには、真鍋秀樹、栗原良雄、都田喜久郎を GFDL に招聘しました。彼らの科学的専門知識と可能性を高く評価し、このような国際協力を阻む可能性のある外国人排斥の意識を無視したのです。彼は、分野や国籍など無関係とみなした要素よりも才能と創造性を重視し、大気過程の包括的な理論を作成するプロジェクトを引き受けられる科学者を GFDL に招聘す​​るというこの慣行を継続しました。プリンストンの GFDL のディレクターとしてスマゴリンスキーの後任となったジェリー・マールマンは、スマゴリンスキーは「教授の成功の尺度として科学的業績ではなく科学論文を数える傾向が依然としてある『大学の科学文化』にはまったく関心がなかった。ジョーはそんなことは認めなかった。彼は私たちのような若手科学者が NOAA、米国、そして世界にとって重要な難しい科学的課題の解決に集中することを望んでいた。ジョーの支援と励ましがなければ、真鍋は 1967 年に地球温暖化の科学に関する最初の論文を書いただろうか。ブライアンは 1970 年に世界初の海洋モデルを作成しただろうか。真鍋とブライアンは 1972 年に世界初の大気海洋結合モデルを作成しただろうか。私は最初の包括的な成層圏力学/化学モデルを作成しただろうか。都田は長期天気予報の先駆者となっただろうか。私の研究の場合、答えはほぼ間違いなくノーだ。ジョーが提供した科学的および計算的サポートのレベルでは、これらの成果を達成するには少なくともさらに 10 年間の開発が必要だったでしょう。」

スマゴリンスキーは、数値天気予報(NWP)の新しい方法を利用して予報を 1 日か 2 日以上に延長しようとした初期の研究者の 1 人でした。スマゴリンスキーは、大気の循環をシミュレートするために大気力学の基本方程式を使用する研究に関する独創的な論文を 1963 年に発表しました。この論文は、気候のモデリングに対するアプローチを根本的に変えました。彼は、初期の気象モデルを拡張して、風、雲量、降水量、大気圧、地球と太陽から発せられる放射線などの変数を含めました。これらのシミュレーションを可能にするには、モデルのグリッド サイズよりも小さいスケールで発生しながらも、大気のエネルギー サイクルで重要な役割を果たしている大気の乱流を考慮する方法が必要でした。彼は、国立大気研究センター(NCAR)の同僚であるダグラス・リリーとジェームズ・ディアドルフとともに、ラージ・エディ・シミュレーション(ラージ・エディ・シミュレーション) に対する最初の成功したアプローチの 1 つ (例: スマゴリンスキー-リリー モデル) を開発し、この問題に対する解決策を提供しました。この解決策は、気象学だけでなく、流体力学に関わるすべての分野で今でも使用されています。

スマゴリンスキーは、世界最速のコンピュータを何度も研究室に確保した能力で名声を得た。限られた資源をめぐる熾烈な競争の中で、政府の科学者 1 人がどうしてこれほどの影響力を持つことができたのかと多くの人が不思議に思った。^[10]ジェリー・マールマンは「ジョーが提供したレベルの科学的および計算的支援がなければ、これらの成果 [地球温暖化、ますます高度化するコンピュータ モデル、拡張された天気予報] を達成するには、少なくともさらに 10 年の開発が必要だっただろう」と書いている。スマゴリンスキーが自分の分野を少なくとも 10 年進歩させたというこの発言は、彼の追悼式で数人の講演者によって繰り返された。

1970年代、スマゴリンスキー博士の指導の下、彼の研究室の科学者たちは、大気中の二酸化炭素の増加に対する気候の反応に関する最初のシミュレーションを考案し、気候感度に関する最初の現代的な推定値を提供し、水蒸気フィードバックと成層圏冷却の重要性を強調しました。研究室の科学者たちはまた、地球温暖化の研究のための最初の大気海洋結合気候モデルを開発し、二酸化炭素の増加に対する「平衡」反応と「過渡的」反応の重要な違いを強調しました。^[10]

ジョセフ・スマゴリンスキーの影響力と管理能力は、GFDL での仕事をはるかに超えていた。彼は、世界の天気予報を改善する国際委員会を率いたり、貢献したりした。世界気象機関が調整したこの取り組みは、気温と湿度を測定するための衛星の初めての利用につながった。ヨーロッパ中期予報センター(ECMWF) のトニー・ホリングスワースは、スマゴリンスキーが地球科学におけるベンジャミン・フランクリン賞を授与された後のプリンストン講演で、スマゴリンスキーの仕事は、ハリケーンなどの厳しい天候の予測によって町全体に警報を発し、救われるという点で、世界中で何百万人もの命を救う結果となったと指摘した。彼は、スマゴリンスキーの追悼式後に GFDL に宛てた手紙の中で、この発言を繰り返した。「科学的なインスピレーションと、人命と社会の保護に対する具体的な利益という点において、ジョー・スマゴリンスキーは、ヨーロッパの気象学者が彼を称え、記憶する素晴らしい遺産を残しました。」^{[引用が必要]}

GFDL がプリンストンに移転した年、スマゴリンスキーは同大学の地質学および地球物理学の教授の地位にある客員講師に任命された。^[2]彼は、GFDL と密接に協力している地球科学部の博士課程である大気海洋科学プログラムの開発に協力した。1983 年に GFDL のディレクターを退任した後、彼は 1998 年までプリンストンで大気海洋科学の客員シニアフェローを務めた。「30 年以上前に GFDL をプリンストンに移転した主要な人物であるスマゴリンスキー博士は、事実上プリンストン大学に大学院プログラムを提供したのです」と、大気海洋科学プログラムのディレクターで地質学の教授であるジョージ・フィランダーは述べた。「プリンストンが気象および気候研究、特に地球温暖化に関する研究の国際的に認められたセンターとなっているのは、このプログラム、つまり GFDL とプリンストン大学を公式に結びつけたおかげです。」^[11]

• アメリカ海洋大気庁により、NOAA の歴史上最も重要な 10 人の人物の 1 人に認定され、また、彼の一般循環気候モデルは、過去 2 世紀の気象学における 3 つの最も重要なブレークスルーの 1 つとして評価されました。
• 2003年、フィラデルフィアのフランクリン研究所から地球科学におけるベンジャミン・フランクリン賞が、スマゴリンスキー氏と彼の親友であり同僚であるノーマン・A・フィリップス氏に贈られた。受賞理由は、「地球の気候を決定する熱と水分の移動を含む、大気の一般的な循環の理解」につながった「独創的で先駆的な研究」である。
• 世界気象機関と国際科学連合評議会が調整する地球大気研究プログラムの議長
• 1974 年、バイズ・バロット・ゴールド・メダル (気象学の分野における顕著な進歩に対してオランダ王立芸術科学アカデミーが 10 年ごとに授与)
• 1974年、世界気象機関が授与する最高の栄誉である国際気象機関賞および金メダルを受賞
• クラレンス・ルロイ・マイジンガー賞は、少なくとも部分的には航空学的な性格を持ち、あらゆる規模の大気運動の観測、理論、モデリングに関する研究業績を認められた個人に贈られる賞です。この賞は、最近優れた能力を発揮し、推薦時に 40 歳未満である若くて有望な大気科学者に贈られます。1967 年
• カール・グスタフ・ロスビー研究金メダル。大気の構造や挙動の理解に多大な貢献をした個人に贈られる。アメリカ気象学会が大気科学者に授与する最高の栄誉である。1972年
• 大気科学への顕著な貢献を称えるクリーブランド・アベ賞。大気科学の進歩、あるいは大気科学の一般、社会、経済、人道的福祉への応用に大きく貢献した活動に対して授与される。1980年
• 1980年大統領賞
• 1980年、王立気象協会、シモンズ記念金メダル
• 1983年から1985年まで科学研究協会の全国講師を務めた。
• アメリカ気象学会会長1986年^[12]
• 1988年世界気象機関より国際気象機関賞受賞
• ミュンヘン大学名誉博士号
• 米国商務省金メダル
• シグマ・サイ協会
• アメリカ芸術科学アカデミー会員
• 大統領科学諮問委員会汚染問題パネル委員
• 国立研究会議の大気科学委員会委員

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• Smagorinsky, J.、1953:「数値気象予測のためのデータ処理要件」、Eastern Joint Computer Conference Proceedings、ワシントン DC、22～30 ページ。
• Smagorinsky, J., 1953: 大規模熱源と熱シンクの準定常平均大気運動に対する動的影響。王立気象学会季刊誌、79、342-366。

スマゴリンスキーは、1948年5月29日から2005年9月21日に81歳で亡くなるまで、マーガレット・フランシス・エリザベス・ノエフェルと結婚していた。2人はニューヨーク大学での授業中に知り合い、マーガレットはそこで気象統計学者になる準備をしていた。マーガレットはすぐに気象局初の女性統計学者となった。2人は2度結婚式を挙げた。1度はマーガレットの母親の強い要望によりカトリックの式、もう1度はジョージタウンのフェイ・ベントリー判事の庭で行われた民事式だった。(ベントリー判事は後に職を解かれ、無能力と宣告され、精神病院に収容された。) この式には、必要な2人の証人、ジェリー・モスとマーガレットの妹アリス・ウィリアムズだけが出席した。ジョセフとマーガレットは、ジョセフのユダヤ人の家族とマーガレットのカトリックの家族が結婚に反対していたため、この小さな集まりを正式な結婚式とみなした。結婚後、マーガレットは家に留まり、アン、ピーター、テレサ、ジュリア、フレデリックの 5 人の子供を育てることにしました。マーガレットはプリンストン大学の伝統を紹介するパンフレットをいくつか執筆しました。

• プリンストン大学の衣装
• プリンストン大学の伝説と伝承
• プリンストン大学のタイガース

2005 年 9 月にスマゴリンスキーが亡くなった後、10 月にプリンストン大学ギヨー ホールで行われた追悼集会で、アーヴィン ドレイクの「It Was a Very Good Year」の曲に合わせて、彼の生涯に関する次のような物語が歌われ、彼を称えました。

最愛の妻マーガレットは2011年11月14日に亡くなり、プリンストン墓地に彼と共に埋葬された。2011年12月29日、プリンストンのナッソー・インでマーガレット・スマゴリンスキーの追悼式が開かれ、スマゴリンスキーの同僚やその妻の多くが、スマゴリンスキーが創設者兼理事を務めていた間、GFDLの「母鶏」としての役割を担ったことを称えた。^[6]

• ジョセフ・スマゴリンスキー: 数値気象予測と気候モデリングの先見者。NOAA のトップ 10 歴史創造者の 1 人としてスマゴリンスキーを表彰する Web ページ
• 先駆的な気象学者スマゴリンスキー氏が死去 プリンストン大学訃報
• Weather By Numbers Mr. Wizard Studios では、数値天気予報を特集し、Smagorinsky 氏の研究を取り上げています。
• アメリカ物理学会 1986 年インタビュー 1986 年、この分野の現状についてスマゴリンスキー氏にインタビューしました。
• 口述歴史記録 — ジョセフ・スマゴリンスキー博士 2011-09-12ウェイバックマシンにアーカイブ
• [5] J.スマゴリンスキー教授へのインタビュー