Joseph Smagorinsky (29 de enero de 1924 - 21 de septiembre de 2005) fue un meteorólogo estadounidense y el primer director del Laboratorio de Dinámica de Fluidos Geofísicos (GFDL) de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA). [1]
Joseph Smagorinsky nació de Nathan Smagorinsky y Dina Azaroff. Sus padres eran de Gomel , Bielorrusia , de donde huyeron durante los pogromos que amenazaron la vida de principios del siglo XX. Nathan y Dina tuvieron tres hijos en Gomel: Jacob (que murió siendo un bebé), Samuel (nacido en 1903) y David (nacido en 1907). En 1913, Nathan emigró de la costa de Finlandia , pasando por Ellis Island y estableciéndose en el Lower East Side de Manhattan . Nathan al principio fue pintor de casas. Luego, con la ayuda de un pariente, abrió una tienda de pinturas. En 1916, con el negocio establecido, Dina, Sam y David emigraron yendo a Murmansk y luego hacia el sur a lo largo de la costa noruega hasta Christiana (ahora Oslo ) y abordaron un barco a Nueva York, donde se unieron a Nathan. Tuvieron otros dos hijos: Hillel (Harry) (nacido en 1919) y Joseph (nacido en 1924).
Al igual que sus tres hermanos, Joseph trabajó en la tienda de pinturas de su padre, que con el paso de los años se convirtió en una ferretería y tienda de pinturas. Sam y Harry se quedaron en el negocio de la pintura y la ferretería, y Harry acabó asumiendo la propiedad de la tienda original. Cuando era adolescente, David empezó a pintar carteles para los propietarios de las tiendas y, posteriormente, abrió un negocio de pintura de carteles.
Joseph asistió a la escuela secundaria Stuyvesant High School para estudiar matemáticas y ciencias en Manhattan. [2] Cuando expresó su interés en ir a la universidad, la familia se reunió para hablar sobre esta posibilidad. Sam y David se impusieron en su opinión de que Joseph tenía una gran promesa y merecía la oportunidad de ir a la universidad.
Smagorinsky obtuvo su licenciatura (1947), maestría (1948) y doctorado (1953) en la Universidad de Nueva York (NYU). [2] A mediados de su segundo año en la NYU, ingresó a la Fuerza Aérea y se unió a un grupo de élite de reclutas cadetes, elegidos por sus talentos en matemáticas y física. Esos talentos llevaron a Smagorinsky a ser seleccionado para el programa de meteorología de la fuerza aérea. Él y otros reclutas fueron enviados a la Universidad Brown para estudiar matemáticas y física durante seis meses. Luego fue enviado al Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) para aprender meteorología dinámica. Su instructor fue Ed Lorenz , quien más tarde fue pionero en la teoría matemática del caos determinista . Durante la guerra, Smagorinsky voló en la nariz de los bombarderos como observador meteorológico, haciendo pronósticos meteorológicos basados en factores visibles como el tamaño estimado de las olas y la temperatura del aire observada y la velocidad del viento a la altitud del avión. [3]
Después de la guerra, Smagorinsky concluyó sus estudios. En un principio aspiraba a ser arquitecto naval , pero no fue admitido en el Instituto Webb . Luego se dedicó a la meteorología como carrera y foco educativo. Como estudiante de doctorado, mientras cumplía el resto de su compromiso en el ejército, asistió a una conferencia sobre pronóstico del tiempo impartida por Jule Charney y formuló una serie de preguntas puntuales durante la sesión de preguntas y respuestas que siguió a la charla. Charney, un destacado científico atmosférico, invitó a Smagorinsky al Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey, para examinar la posible predictibilidad de los movimientos a gran escala en la troposfera media (la parte inferior de la atmósfera) utilizando la nueva computadora electrónica que estaba diseñando John von Neumann .
En abril de 1950, Smagorinsky participó en un hito importante de la meteorología moderna; junto con Ragnar Fjørtoft , John Freeman y George Platzman , trabajó con Charney para resolver las ecuaciones más simples de Charney en el Integrador Numérico Electrónico y Computadora ( ENIAC ). Su esposa Margaret Smagorinsky (de soltera Knoepfel) también fue miembro del equipo que programó la computadora ENIAC, [4] y fue la primera mujer estadística contratada por la Oficina Meteorológica . [5] [6] [7] La nueva computadora Princeton de Von Neumann se había retrasado, por lo que se hicieron arreglos con el Ejército para usar su computadora en Aberdeen, Maryland. Los resultados fueron lo suficientemente realistas para demostrar que la predicción del tiempo por proceso numérico era una perspectiva prometedora. Después del trabajo de ENIAC, Smagorinsky se trasladó al Instituto de Estudios Avanzados para trabajar con Charney y von Neumann en el desarrollo de un nuevo enfoque radical para la predicción del tiempo que empleaba la nueva tecnología de la computadora .
Antes de la llegada de las computadoras a finales de la década de 1940, la predicción del tiempo era muy rudimentaria. La Sociedad Meteorológica Americana (AMS) y sus líderes, la mayoría de los cuales enseñaban en universidades, todavía aspiraban a convertir la meteorología en una disciplina profesional con el mismo respeto que se le daba a la ingeniería y las otras ciencias físicas. Von Neumann, un matemático excepcional, fue uno de los primeros en ver el potencial que ofrecían las computadoras para un procesamiento mucho más rápido de los datos y, por lo tanto, una predicción del tiempo más receptiva. [8] No estaba satisfecho con las matemáticas como una práctica abstracta. La predicción del tiempo le proporcionó una aplicación muy concreta de los principios matemáticos que podían explotar la nueva tecnología informática. En el Instituto de Estudios Avanzados, utilizó su conocimiento matemático y Smagorinsky trabajó con Charney para desarrollar un nuevo enfoque llamado predicción numérica del tiempo . Este enfoque se basó en datos recopilados de globos meteorológicos . Luego, los datos se introdujeron en las computadoras y se sometieron a las leyes de la física, lo que permitió pronosticar cómo la turbulencia, el agua, el calor y otros factores interactuaban para producir patrones climáticos. (Smagorinsky se ganó el cariño de sus hijos al visitar las aulas de la escuela primaria para demostrarles cómo funcionaban los globos meteorológicos).
En su tesis doctoral, realizada en la Universidad de Nueva York bajo la dirección de Bernhard Haurwitz , Smagorinsky desarrolló una nueva teoría sobre cómo las fuentes y sumideros de calor en latitudes medias, creados por el contraste térmico entre la tierra y los océanos, alteraban la trayectoria de la corriente en chorro. Esta teoría proporcionó una de las primeras aplicaciones de la notable simplificación de Jule Charney de las ecuaciones de movimiento de la atmósfera, ahora conocida como teoría cuasi-geostrófica. Este trabajo se benefició enormemente de las interacciones con Charney en el Instituto de Estudios Avanzados. Esta teoría se ha elaborado a lo largo de los años para proporcionar numerosos conocimientos sobre el mantenimiento del clima en latitudes medias y la interacción entre los trópicos y las latitudes medias.
Tras su aprendizaje y trabajo con von Neumann y Charney, en 1953, a los 29 años, Smagorinsky aceptó un puesto en la Oficina Meteorológica de Estados Unidos y fue uno de los pioneros de la Unidad Conjunta de Predicción Numérica del Tiempo. En 1955, a instancias de von Neumann, la Oficina Meteorológica de Estados Unidos creó una Sección de Investigación de Circulación General bajo la dirección de Smagorinsky. Smagorinsky sintió que su misión era continuar con el paso final del programa de modelado informático de von Neumann/Charney: un modelo de circulación general de la atmósfera tridimensional, global y de ecuaciones primitivas. La Sección de Investigación de Circulación General se ubicó inicialmente en Suitland, Maryland, cerca de la unidad JNWP de la Oficina Meteorológica. La sección se trasladó a Washington, DC, y pasó a llamarse Laboratorio de Investigación de Circulación General en 1959 y luego volvió a llamarse Laboratorio de Dinámica de Fluidos Geofísicos (GFDL) en 1963. El laboratorio se trasladó a su sede actual en la Universidad de Princeton en 1968. Smagorinsky continuó dirigiendo el laboratorio hasta su jubilación en enero de 1983.
La idea clave de Smagorinsky fue que el aumento de la potencia de los ordenadores permitiría ir más allá de la simulación de la evolución de la atmósfera durante unos pocos días, como en la predicción meteorológica, y avanzar hacia la simulación del clima de la Tierra. La intención de estas simulaciones no es predecir la evolución detallada del tiempo, sino integrar las ecuaciones de movimiento, termodinámica y transferencia radiativa durante períodos de tiempo lo suficientemente largos como para simular las estadísticas del tiempo (el clima), lo que permitiría estudiar cómo estas estadísticas estaban controladas por la composición atmosférica, el carácter de la superficie de la Tierra y la circulación de los océanos.
Entre los muchos talentos de Smagorinsky estaba el de atraer a científicos creativos al personal del GFDL. Dos de ellos fueron el modelador climático Syukuro Manabe en 1959 y el modelador oceánico Kirk Bryan en 1961, quienes encabezaron el desarrollo del primer modelo climático en 1969, un modelo de circulación general que fue el primer enfoque que tuvo en cuenta las interacciones de los océanos y la atmósfera. Smagorinsky asignó a Manabe al esfuerzo de codificación y desarrollo del Modelo de Circulación General (GCM). En 1963, Smagorinsky, Manabe y sus colaboradores habían completado un Modelo de Circulación General de ecuaciones primitivas hemisféricas de nueve niveles. Se le asignó a Manabe un gran personal de programación y, por lo tanto, pudo centrarse en la estructura matemática de los modelos, sin involucrarse demasiado en la codificación. En 1955-56, Smagorinsky colaboró con John von Neumann, Jule Charney y Norman Phillips para desarrollar un modelo hemisférico zonal de dos niveles utilizando un subconjunto de las ecuaciones primitivas. A partir de 1959, procedió a desarrollar un modelo de circulación general de ecuaciones primitivas de nueve niveles (aún hemisférico). A fines de la década siguiente, los modelos de circulación general surgieron a nivel mundial como una herramienta central en la investigación climática. Otros investigadores que trabajaron con Smagorinsky en Washington y Princeton incluyeron a Isidoro Orlanski, Jerry Mahlman , Syukuro Manabe , Yoshio Kurihara, Kikuro Miyakoda, Rod Graham, Leith Holloway, Isaac Held, Garreth Williams, George Philander y Douglas Lilly.
El desarrollo de este primer modelo climático se basó en la creencia de Smagorinsky de que la investigación individual sería inadecuada para abordar un problema tan complejo. Se dio cuenta de que se necesitaría un modelado numérico a gran escala con equipos de científicos que utilizaran computadoras de alta velocidad compartidas en común para lograr un avance de este calibre. Como se afirmaba en el Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense en 1992, "la búsqueda casi incesante de la excelencia del Dr. Smagorinsky en el Laboratorio de Dinámica de Fluidos Geofísicos estableció un estándar para otros laboratorios y centros que han contribuido enormemente al crecimiento de la meteorología como ciencia" en todo el mundo. Michael MacCracken, presidente de la Asociación Internacional de Meteorología y Ciencias Atmosféricas , escribió después de la muerte de Smagorinsky que "desde sus primeros días, el GFDL ha sido reconocido mundialmente, con un grupo sobresaliente de científicos que realizan un trabajo sobresaliente que atrajo a científicos de todo el mundo para venir a aprender y colaborar, y luego regresar a sus países de origen u otras instituciones como científicos sobresalientes. No solo se ha creado un campo científico completamente nuevo de investigación, sino una comunidad de científicos capaces de hacerlo bien". [9]
Smagorinsky invitó a muchos científicos ajenos al círculo habitual para que aportaran la perspectiva más amplia sobre las previsiones meteorológicas. Muy al principio de su carrera, trajo al oceanógrafo pionero Kirk Bryan al GFDL para que explicara las influencias oceánicas en el tiempo; y poco después de la Segunda Guerra Mundial, cuando la nación todavía desconfiaba de Japón, invitó a Suki Manabe, Yoshio Kurihara y Kikuro Miyakoda al GFDL, valorando su experiencia y potencial científicos e ignorando la xenofobia que podría haber desalentado esa colaboración internacional. Continuó con esta práctica de invitar al GFDL a científicos que pudieran asumir el proyecto de producir una teoría integral de los procesos atmosféricos, valorando el talento y la creatividad por encima de lo que consideraba factores irrelevantes, como el campo o la nacionalidad. Jerry Mahlman, que sucedió a Smagorinsky como director de GFDL en Princeton, escribe que Smagorinsky "no tenía ningún interés real en la 'cultura científica universitaria' que todavía tiene una tendencia a contar las publicaciones científicas, en lugar de los logros científicos, como su medida del éxito de la facultad. Joe no quería saber nada de eso. Quería que los científicos jóvenes como nosotros nos concentráramos en resolver desafíos científicos difíciles de gran relevancia para la NOAA, los Estados Unidos y el mundo... Sin el apoyo y el estímulo de Joe, ¿Manabe habría escrito el primer artículo sobre la ciencia del calentamiento global en 1967? ¿Bryan habría producido el primer modelo oceánico del mundo en 1970? ¿Manabe y Bryan habrían producido el primer modelo acoplado atmósfera-océano del mundo en 1972? ¿Habría producido yo el primer modelo dinámico/químico estratosférico integral? ¿Miyakoda habría sido pionero en la predicción meteorológica de rango extendido? Para mi investigación, la respuesta es: casi seguro que no. Sin el nivel de apoyo científico y computacional proporcionado por Joe, estos "Los logros habrían requerido al menos otra década de desarrollo para alcanzar el éxito".
Smagorinsky fue uno de los primeros investigadores que intentó explotar nuevos métodos de predicción numérica del tiempo (NWP, por sus siglas en inglés) para extender el pronóstico más allá de uno o dos días. Smagorinsky publicó un artículo seminal en 1963 sobre su investigación utilizando ecuaciones primitivas de dinámica atmosférica para simular la circulación de la atmósfera. Este artículo cambió fundamentalmente el enfoque para modelar el clima. Amplió los primeros modelos meteorológicos para incluir variables como el viento, la cobertura de nubes, la precipitación, la presión atmosférica y la radiación que emana de la tierra y el sol. Para hacer posibles estas simulaciones, se necesitaba un método para dar cuenta de la turbulencia atmosférica que se producía en escalas más pequeñas que el tamaño de la cuadrícula del modelo, pero que aún desempeñaba un papel crucial en el ciclo de energía atmosférica . Con sus colegas Douglas Lilly y James Deardorff, ambos en el Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR, por sus siglas en inglés), desarrolló uno de los primeros enfoques exitosos para la simulación de grandes remolinos (por ejemplo, el modelo Smagorinsky-Lilly), proporcionando una solución a este problema que todavía se utiliza, no solo en meteorología, sino en todos los campos que involucran dinámica de fluidos.
Smagorinsky se hizo famoso por su capacidad para conseguir una y otra vez los ordenadores más rápidos del mundo para su laboratorio. Muchos se preguntaban cómo un solo científico del gobierno tenía tanta influencia en la batalla altamente competitiva por unos recursos limitados. [10] Jerry Mahlman escribió que "sin el nivel de apoyo científico y computacional proporcionado por Joe, estos logros [calentamiento global, modelos informáticos cada vez más sofisticados, pronósticos meteorológicos ampliados] habrían requerido al menos otra década de desarrollo para alcanzarse". Esta observación de que Smagorinsky había avanzado en su campo al menos una década fue repetida por varios oradores en su homenaje.
En la década de 1970, bajo la dirección del Dr. Smagorinsky, los científicos de su laboratorio idearon las primeras simulaciones de la respuesta del clima al aumento del dióxido de carbono en la atmósfera, proporcionando las primeras estimaciones modernas de la sensibilidad climática y destacando la importancia de la retroalimentación del vapor de agua y el enfriamiento estratosférico. Los científicos del laboratorio también desarrollaron los primeros modelos climáticos acoplados atmósfera-océano para estudios del calentamiento global, destacando las importantes diferencias entre las respuestas de "equilibrio" y "transitorias" al aumento del dióxido de carbono. [10]
La influencia y las habilidades administrativas de Joseph Smagorinsky se extendieron mucho más allá de su trabajo en GFDL. Lideró o contribuyó a comités internacionales para mejorar los pronósticos meteorológicos globales. Coordinados por la Organización Meteorológica Mundial, los esfuerzos condujeron al primer uso de satélites para medir la temperatura y la humedad. Tony Hollingsworth, del Centro Europeo de Pronósticos Meteorológicos a Plazo Medio (CEPMPM), señaló en sus comentarios en la conferencia de Princeton después de que Smagorinsky recibiera la Medalla Benjamin Franklin en Ciencias de la Tierra que el trabajo de Smagorinsky resultó en salvar millones de vidas en todo el mundo, ya que las predicciones meteorológicas severas, como los huracanes, podían alertar a ciudades enteras para que se salvaran. Reiteró la observación en su carta a GFDL después del servicio conmemorativo de Smagorinsky: "En términos de inspiración científica y beneficios concretos para la protección de la vida humana y la sociedad, Joe Smagorinsky nos ha dejado un legado maravilloso por el que los meteorólogos europeos lo honran y recuerdan". [ cita requerida ]
El año en que el GFDL se trasladó a Princeton, Smagorinsky fue nombrado profesor visitante con rango de catedrático de ciencias geológicas y geofísicas en la universidad. [2] Ayudó a desarrollar el Programa de Ciencias Atmosféricas y Oceánicas, un programa de doctorado en el Departamento de Geociencias que colabora estrechamente con el GFDL. Tras su jubilación como director del GFDL en 1983, se desempeñó como profesor visitante de ciencias atmosféricas y oceánicas en Princeton hasta 1998. "El Dr. Smagorinsky, un actor importante en el traslado del GFDL a Princeton hace más de 30 años, proporcionó de hecho a la Universidad de Princeton un programa de posgrado", dijo George Philander, profesor de geociencias y director del Programa de Ciencias Atmosféricas y Oceánicas. "Es gracias a ese programa, el vínculo oficial entre el GFDL y la Universidad de Princeton, que Princeton es un centro reconocido internacionalmente para estudios meteorológicos y climáticos, especialmente estudios relacionados con el calentamiento global". [11]
Smagorinsky estuvo casado con Margaret Frances Elizabeth Knoepfel desde el 29 de mayo de 1948 hasta su muerte a los 81 años el 21 de septiembre de 2005. Se conocieron mientras tomaban clases en la Universidad de Nueva York, donde Margaret se estaba preparando para una carrera como estadística meteorológica. Margaret pronto se convirtió en la primera mujer estadística de la Oficina Meteorológica. La pareja tuvo dos ceremonias de boda. Una fue una ceremonia católica por insistencia de la madre de Margaret; la otra fue una ceremonia civil en el jardín de Georgetown de la jueza Fay Bently. (La jueza Bently fue posteriormente destituida, declarada incompetente y confinada en un hospital psiquiátrico). A esta ceremonia asistieron solo los 2 testigos requeridos, Jerry Moss y la hermana de Margaret, Alice Williams. Joseph y Margaret consideraron que esta reunión más pequeña era su boda oficial, dadas las formas en que la familia judía de él y la familia católica de ella se oponían a la unión. Después de su matrimonio, Margaret decidió quedarse en casa y criar a sus cinco hijos, Anne, Peter , Teresa, Julia y Frederick. Margaret escribió varios folletos sobre las tradiciones de la Universidad de Princeton, entre ellos:
En la ceremonia conmemorativa celebrada en Guyot Hall, Universidad de Princeton, en octubre de 2005, tras la muerte de Smagorinsky en septiembre, se le rindió homenaje con la siguiente historia de su vida, cantada con la melodía de " It Was a Very Good Year " de Ervin Drake:
Su amada esposa Margaret murió el 14 de noviembre de 2011 y fue enterrada con él en el cementerio de Princeton. El 29 de diciembre de 2011, se celebró un servicio conmemorativo para Margaret Smagorinsky en el Nassau Inn de Princeton, en el que muchos de los colegas de Smagorinsky y sus esposas honraron su papel como "madre gallina" de GFDL durante su mandato como fundador y director. [6]