Спросить
Войти
лись закрытыми. Известные геофизики, в большей степени взаимодействуя с военными, разделяли их приоритеты. Напротив, многие знаменитые биологи, которые были связаны с нарастающим движением по охране окружающей в 60-е и 70-е годы, открыто критиковали военнопромышленный комплекс.
Автор полагает, что конкурирующее видение наук об окружающей среде отбрасывает тень и в настоящее. Доказательством этого может служить известный конфликт физического океанографа У.Мунка (Munk) с морскими биологами, произошедший в середине 90-х годов. Этот спор разгорелся вокруг предполагаемых акустических экспериментов в Тихом и Индийском океанах, против которых выступали биологи в связи с их потенциальной угрозы для органов слуха морских млекопитающих.
«Таким образом, - пишет в заключение автор, - военное финансирование, безусловно, способствовало подъему физических наук об окружающей среде в США. В то же время политика по обеспечению национальной безопасности... ориентировала их на те проблемы, которые интересовали военных. Поэтому неудивительно, что лишь в начале XXI в. мы начали составлять детальные карты океанических гор и проводить широкомасштабные исследования мировых запасов рыбы» (с.656).
Т. В. Виноградова
HARPER K. Research from the boundary layer: Civilian leadership, military funding and the development of numerical weather prediction (1946-55) // Social studies of science. - L., 2003. - Vol.33, N6. - P.667-696.
Создание жизнеспособных численных методов прогноза погоды (ЧМПП)1 стало самым важным достижением метеорологии в XX в. Эта работа заняла 10 лет и потребовала активного сотрудничества военных,
гражданских и академических ученых. К 1955 г. благодаря новой метеорологической теории и успехам вычислительной техники метеорологи получили возможность составлять объективные (т.е. основанные на математических вычислениях), краткосрочные (24-36 часов) прогнозные синоптические карты, которые предсказывали широкомасштабное движение атмосферы. До 1955 г. такие карты составлялись исключительно вручную и базировались на субъективных оценках и опыте специалистов.
В прежних описаниях, посвященных разработке ЧМПП, основное внимание уделялось истории создания ЭВМ и тому, кто стал их отцом: американскому математику и физику Джону фон Нейману. Нейман, профессор Принстонского института перспективных исследований, с 1945 по
С началом Второй мировой войны потребность в точных прогнозах погоды, прежде всего в связи с обеспечением полетов военной авиации, резко возросла. Это привело к появлению метеорологических отделений и учебных программ практически во всех ведущих университетах США; до конца 20-х годов, как отмечает автор, ни в одном колледже США в отличие от Европы не было отделений метеорологии. В итоге несколько тысяч вновь подготовленных специалистов влилось в метеорологическое сообщество, которое до войны насчитывало несколько сотен членов. Большинство представителей старшего поколения метеорологов имели слабую теоретическую подготовку; многие из них пришли в эту область из смежных дисциплин и учились непосредственно на рабочем месте. Поэтому, когда так много специалистов, разбиравшихся в математике и физике, появилось в этой область, ведущие метеорологи не преминули воспользоваться открывшимися возможностями, чтобы вытеснить искусство составления прогнозов погоды научной метеорологией. Они увидели в ЧМПП средство не только для совершенствования метеопрогнозов, но и для создания физико-математической теории цирку-
ляции атмосферы. Это позволило бы повысить престиж и влиятельность метеорологии, которая долгое время находилась на обочине американской науки.
«Таким образом, два фактора, связанных с внутренним развитием метеорологии, подготовили почву для значимых изменений в этой науке: приход большого числа специалистов нового поколения, получивших хорошую подготовку в области математики и физики; более плотная сеть метеостанций, сформированная во время войны. Третьим и самым важным фактором стало создание ЭВМ» (с.670).
Одновременно с появлением первых ЭВМ начали высказываться идеи относительно их использовании для обработки и анализа метеорологических данных. Одним из тех, кто задумался о потенциальном значении компьютера для составления прогнозов погоды, стал выходец из России, американский физик и инженер Владимир Зворыкин, получивший наибольшую известность как изобретатель первой передающей телевизионной трубки. Он поделился этой мыслью с Нейманом и получил с его стороны поддержку.
В конце 1945 г. Ф.В.Рейчелдерфер (КеюИеШегГег), директор Бюро погоды США, получил копию предложения Зворыкина по использованию «современных электронных устройств» в метеорологическом анализе, которое его чрезвычайно заинтересовало. По инициативе Рейчелдер-фера 9 января 1946 г. была проведена конференция. На ней присутствовали Зворыкин и Нейман, сотрудники Бюро, были приглашены ряд военных метеорологов, чтобы обсудить «фантастическое, но заслуживающее внимания предложение» (цит. по: с.672). Исследовательское управление ВМС выразило готовность финансировать предложение Неймана по разработке ЭВМ для нужд метеорологии.
Однако оказалось, что эта задача не так проста. Ни инженеры-электронщики, ни метеорологи не могли ответить на вопрос: «Как ЭВМ может использоваться в метеорологии?» Нейман полагал, что начинать нужно с анализа фундаментальных теорий метеорологии. Это предложение получило поддержку со стороны самого выдающегося метеоролога середины XX в. К.Г Росби (КобЫ), в то время занимавшего пост профессора Чикагского университета. Весной 1946 г. Росби по приглашению Неймана находился в Принстоне.
Росби полагал, что, в первую очередь, нужно заниматься проблемами атмосферной гидро- и термодинамики, т.е. изучением глобальной циркуляции атмосферы. Хотя атмосферные модели не помогут в бли-
жайшее время в составлении прогнозов погоды, тем не менее они неизбежно приведут к решению и этого прикладного вопроса (с.673). Росби увидел в МП путь к развитию теоретической метеорологии и очень хотел, чтобы он был реализован. Он выступил посредником в переговорах между группой Неймана и Исследовательским управлением ВМС и подготовил соответствующий проект, согласовав его с Нейманом. Летом
Участники МП с самого начала, как подчеркивает автор, преследовали разные цели. Бюро погоды США во главе с Рейчелдерфером было заинтересовано в совершенствовании своих прогнозов; та же задача стояла перед военными синоптиками. Росби и академические ученые, которых он представлял, надеялись построить надежную метеорологическую теорию. Зворыкин и Нейман, как и некоторые представители военного руководства, полагали, что умение составлять точные метеопрогнозы приведет в конечном итоге к контролю над погодными явлениями. По словам Неймана, этот проект станет «первым шагом на пути рационального вмешательства человека в погодные условия... поскольку результаты любого гипотетического вмешательства можно будет просчитать» (цит. по: с.674).
В структуре любого исследовательского проекта можно выделить три главные его составляющие: финансирование, оборудование и кадры. Финансирование МП обеспечивали ВМС, оборудование разрабатывалось и создавалось группой Неймана, а вот обеспечение МП кадрами представляло проблему. Метеорологи в первой половине XX в. делились на две неравные группы: теоретиков и практиков. Теоретики работали в основном в исследовательских университетах, имели хорошую подготовку по математике и физике и предпочитали мыслить преимущественно с помощью уравнений. Прикладные ученые, как правило, были не очень искушенными в теоретических вопросах, но обладали «чувством физических факторов», которые влияют на погоду. Для участия же в МП требовались люди, которые не только получили хорошую подготовку, но и имели опыт составления прогнозов погоды.
К концу 1946 г. благодаря усилиям Рейчелдерфера и Г.Векслера ^ех1ег), руководителя Службы погоды ВВС, была сформирована группа в составе нескольких человек, которые должны были заниматься метеорологической частью МП. Состав команды оказался весьма примечательным: большую ее часть составили представители молодого, математически более подготовленного поколения метеорологов. Хотя это и имело свои преимущества, поскольку они в большей степени были открыты новым идеям, отсутствие у них «чувства атмосферы» являлось серьезным недостатком. В конце 1946 г. они провели конференцию с тем, чтобы определить фундаментальные проблемы, которыми они намерены заниматься; из шести обозначенных проблем пять носили теоретический характер (с.676).
В число участников МП входил Ф.Томсон (ТЪошбоп), представлявший Службу погоды ВВС, - один из тех, кто получил подготовку в Чикагском университете во время войны. Ситуация сложилась так, что с весны 1947 г. по лето 1948 г. Томсон практически один вел работу над метеорологической частью проекта. Векслер, если ему позволяло время, занимался теоретическими проблемами. Рейчелдерфер и персонал Бюро погоды помогали проводить анализ данных. Но поскольку Бюро не хватало штатов, оно могло предоставить лишь ограниченную помощь. Это стало серьезной проблемой, поскольку получить начальные данные для построения моделей можно было только с помощью синоптических карт, составляемых вручную (с.677).
За это время Томсону не удалось добиться серьезных успехов. К счастью, помощь была уже на подходе. Ж.Шарней (СИагпеу), сотрудник Пенсильванского университета, ученик Росби, разработал систему линейных уравнений для описания атмосферного движения, находясь в 1947 г. на стажировке в Норвегии. Он очень хотел присоединиться к проекту и добиться, чтобы проект сошел с чисто математического пути и обратился к физике атмосферы.
Группа получила мощную поддержку летом 1948 г., когда Шарней и А.Йелиассен (ЕИаББеп) из Норвежской метеорологической службы прибыли в Принстон. Вслед за Йелиассеном ряд других скандинавских ученых включились в работу над проектом. Это стало возможным благодаря тому, что Росби, родившийся в Швеции и эмигрировавший в США в начале войны, в конце 40-х годов вернулся в Стокгольм, где создал Международный метеорологический институт. Участие скандинавских ученых, которые демонстрировали иной национальный стиль, объединявший тео-
ретические знания и практические навыки, стало большой удачей для МП. С этого момента МП стал быстро прогрессировать в построении формальной теории.
В конце 1948 г. Нейман подал заявку на продление контракта с Исследовательским управлением ВМС, которая была удовлетворена. Цель МП по-прежнему формулировалась как «использование возможностей ЭВМ для решения динамических метеорологических проблем и разработка жизнеспособной метеорологической теории» (цит. по: с.678). Какой смысл в данном случае вкладывался в понятие «жизнеспособной» теории?
Постановка такой задачи вовсе не означала, что до начала МП метеорологическая теория в принципе отсутствовала. Однако применение существующей теории зависело от субъективных интерпретаций специалиста, который осуществляет анализ данных. Используя принципы гидродинамики и термодинамики, можно было описать движение атмосферы в строгих математических терминах. Система дифференциальных уравнений, которая даст точное описание глобальной циркуляции атмосферы, т.е. движения атмосферы в течение длительного периода времени, и должна составить искомую теорию. Но проблема в том, что систем уравнений, которые могли бы «моделировать» или описывать это движение, много. Поэтому исследователям было необходимо выяснить, какая система уравнений в наибольшей степени соответствует физической реальности. До изобретения ЭВМ нужны были годы, чтобы выполнить вычисления только для одной модели, а для того, чтобы сравнить их все, потребовался бы огромный срок. Компьютер значительно упрощал эту задачу.
В начале 1949 г. группа в Принстоне, за исключением Томсона, продолжала идти по пути, намеченному Шарнейем. Томсон был назначен руководителем Лаборатории атмосферного анализа, входящей в структуру ВВС. Принстонская команда вела работу над несколькими моделями одновременно с помощью штата Бюро погоды и группы Росби в Стокгольме. По мере увеличения мощности ЭВМ и доступности новых данных ученые получили возможность вводить дополнительные переменные внутри большего числа слоев атмосферы. К июню 1949 г. они уже могли с помощью ЭВМ прогнозировать ежедневное перемещение метеорологических элементов на уровне 500 мб (с.680). Учитывая результаты, которых удалось добиться с помощью этих грубых моделей, участники МП надеялись достичь большего при переходе к более сложным нелинейным
моделям. С 1951 г. начались методичные проверки и совершенствование атмосферных моделей с помощью вычислительной машины Неймана. В конечном итоге к 1952 г. им удалось разработать систему нелинейных дифференциальных уравнений, которые описывают глобальную циркуляцию атмосферы. В свою очередь, с помощью Принстонской вычислительной машины Неймана эти уравнения были решены, при помощи численных методов, которые также были предложены Нейманом.
По мере того как академическая команда Принстона двигалась по пути построения жизнеспособной метеорологической теории, ряд ее членов, и прежде всего Шаней, все чаще задумывались о приложении этой теории к проблемам прогнозирования. Прямо не утверждая очевидного (что военные организации, финансирующие их проект, а также Бюро погоды, обеспечивавшее его кадрами, нуждались в практических результатах), участники проекта постепенно переориентировали свою работу на прикладные цели.
В начале мая 1952 г. Управление геофизическими исследованиями ВВС начало готовить Проект численного прогнозирования погоды под руководством Томсона. Цель проекта состояла в том, чтобы проводить прикладные исследования, а также готовить и публиковать прогнозы погоды с использованием новых ЧМПП (с.682). ВВС были намерены заниматься этим проектом в одиночку, не координируя свои действия с ВМФ и Бюро погоды США, которые с 1946 г. занимались ЧМПП.
Участники МП были возмущены и обеспокоены. В августе 1952 г. Нейман поспешил провести совещание в своем институте по практическому применению ЧМПП. Весной 1953 г. Рейчелдерфер предложил создать совместную группу по ЧМПП под руководством Бюро погоды. На этот раз Служба погоды ВВС поддержала эту инициативу, поскольку слишком много технических проблем, связанных с этим предприятием, находилось в компетенции Бюро погоды США. Службы погоды ВВС и ВМФ взяли на себя финансирование этого нового проекта. О начале работы Объединенной группы численного прогнозирования погоды было объявлено 1 июля 1954 г. Все три службы направили в нее своих специалистов. Работа над этим вторым проектом продолжалась в течение шести лет и увенчалась полной победой ЧМПП и их повсеместным внедрением.
Результатом МП, помимо создания общей теории и последующего внедрения ЧМПП, стало изменившееся отношение метеослужб к научным исследованиям. После успеха МП во всех Службах погоды (ВМС,
ВВС и федерального правительства) статус научных исследований значительно повысился, и они стали вестись гораздо активнее.
МП сильно отличался от других научных проектов, финансировавшихся военными ведомствами и осуществлявшихся в период «холодной войны». Во-первых, не было попыток ограничить направления исследований или публикацию их результатов. Так, уже самые первые результаты появились в «Те11иБ» - международным геофизическом журнале, который Росби издавал в Стокгольме. Во-вторых, в отличие от других военных проектов этого времени МП привел к значимым научным результатам, видимо, потому, что он имел прямой, непосредственный выход на гражданские цели. В-третьих, МП не относился к числу крупных военных проектов типа Манхэттенского (хотя он и привел к переходу метеорологии в большую науку), и, видимо, поэтому его участники практически не сталкивались с проблемами секретности, а его результаты получили широкое распространение по всему миру.
МП стал примером успешного сотрудничества представителей фундаментальной науки и практиков. До подключения скандинавских ученых к МП разрабатываемые модели были, по словам Шарней, «математически стерильными», т. е. внутренне последовательными, но имели мало отношения к «реальной погоде за окном». Почему эти модели были столь оторванными от реальности? Потому что в США существовал почти непроницаемый барьер (интеллектуальный, профессиональный и институциональный) между теми, кто развивал метеорологическую теорию, и теми, кто занимался прогнозами погоды. Не имея общего языка, им вначале было трудно сотрудничать, даже работая над проектом, который был им взаимно выгоден. Однако, несмотря на «интриги, уязвленные самолюбия, большие амбиции, соперничество между службами, проблемы с кадрами и периодически возникающие разочарования, это сотрудничество в конечном итоге привело к главному достижению метеорологии XX в. - разработке численных методов прогноза погоды» (с.690).
Т.В.Виноградова
