Эдвард Нортон Лоренц - Edward Norton Lorenz

Эдвард Нортон Лоренц
Эдвард Нортон Лоренц
	Эдвард Нортон Лоренц
Родился	23 мая 1917 г.; Западный Хартфорд, Коннектикут , США
Умер	16 апреля 2008 г. (90 лет); Кембридж, Массачусетс , США
Альма-матер	Дартмутский колледж (BA, 1938) ; Гарвардский университет (MA, 1940) ; Массачусетский технологический институт (SM, 1943; ScD, 1948)
Известен	Теория хаоса ; Эффект бабочки ; Аттрактор ; Лоренца Энергетический цикл ; Лоренца Модель Лоренца 96
Награды	Золотая медаль Саймонса (1973), ; Премия Крафорда (1983), ; Киотская премия (1991), ; Золотая медаль Ломоносова (2004)
	Научная карьера
Поля	Математика и метеорология
Учреждения	Массачусетский Институт Технологий
Тезис	Метод применения гидродинамических и термодинамических уравнений к моделям атмосферы (1948 г.)
Докторант	Джеймс Мердок Остин
Докторанты	Кевин Э. Тренберт ; Уильям Д. Селлерс

Эдвард Нортон Лоренц (23 мая 1917 - 16 апреля 2008) был американским математиком и метеорологом, который заложил теоретические основы предсказуемости погоды и климата , а также основы компьютерной физики атмосферы и метеорологии . Он наиболее известен как основатель современной теории хаоса , раздела математики, специализирующегося на поведении динамических систем , которые очень чувствительны к начальным условиям .

Его открытие детерминированного хаоса «глубоко повлияло широкий спектр фундаментальных наук и привел к одной из самых драматических изменений в поле зрения человечества природы , так как сэр Исаак Ньютон,» в соответствии с комитетом , который наградил его в 1991 году в Киото премии в области фундаментальных наук в область наук о Земле и планетах.

Биографическая информация

Лоренц родился в 1917 году в Западном Хартфорде, штат Коннектикут . Он рано приобрел любовь к науке со стороны обеих сторон своей семьи. Его отец, Эдвард Генри Лоренц (1882–1956), специализировался в области машиностроения в Массачусетском технологическом институте , а его дед по материнской линии, Льюис М. Нортон , разработал первый курс химического машиностроения в Массачусетском технологическом институте в 1888 году. Тем временем его мать, Грейс Пелубе Нортон (1887-1943) привила Лоренцу глубокий интерес к играм, особенно к шахматам.

Позже Лоренц жил в Кембридже, штат Массачусетс, со своей женой Джейн Лобан и их тремя детьми, Нэнси, Шерил и Эдвардом. Он был заядлым любителем активного отдыха, любил пешие прогулки, скалолазание и катание на беговых лыжах. Он продолжал заниматься этими занятиями до самого конца своей жизни. 16 апреля 2008 года Лоренц умер в своем доме в Кембридже от рака в возрасте 90 лет.

Образование

Лоренц получил степень бакалавра математики в Дартмутском колледже в 1938 году и степень магистра математики в Гарварде в 1940 году. Он работал прогнозистом погоды в Военно-воздушных силах США во время Второй мировой войны , что привело его к поступлению в аспирантуру по метеорологии в Институте метеорологии. Массачусетский технологический институт . Он заработал как магистра и докторскую степень в области метеорологии с MIT в 1943 и 1948 годах.

Его докторская диссертация под названием «Метод применения гидродинамических и термодинамических уравнений к моделям атмосферы», выполненная под руководством Джеймса Мердока Остина , описывала применение уравнений динамики жидкости к практической проблеме предсказания движения штормов.

Научная карьера

Лоренц провел всю свою научную карьеру в Массачусетском технологическом институте . В 1948 году он поступил на кафедру метеорологии Массачусетского технологического института в качестве научного сотрудника. В 1955 году он стал доцентом кафедры, а в 1962 году был повышен до профессора. С 1977 по 1981 год Лоренц занимал должность заведующего кафедрой метеорологии Массачусетского технологического института. В 1983 году кафедра метеорологии и физической океанографии Массачусетского технологического института объединилась с кафедрой геологии и превратилась в нынешнюю кафедру земных, атмосферных и планетарных наук Массачусетского технологического института, где Лоренц оставался профессором, а в 1987 году стал почетным профессором.

Атмосферная циркуляция

В конце 1940-х - начале 1950-х годов Лоренц работал с Виктором Старром над проектом общей циркуляции в Массачусетском технологическом институте, чтобы понять роль погодной системы в определении энергетики общей циркуляции атмосферы. На основе этой работы в 1967 году Лоренц опубликовал знаменательную статью под названием «Природа и теория общей циркуляции атмосферы» об атмосферной циркуляции с энергетической точки зрения, в которой была выдвинута концепция доступной потенциальной энергии .

Численный прогноз погоды

В 1950-х годах Лоренц заинтересовался и начал работу над численным прогнозом погоды , который полагался на компьютеры для прогнозирования погоды путем обработки данных наблюдений за такими вещами, как температура, давление и ветер. Этот интерес частично возник после посещения Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, где он встретился с Джулем Чарни , в то время главой группы метеорологических исследований МАС и ведущим в то время динамическим метеорологом. (Позже Чарни присоединился к Лоренцу в Массачусетском технологическом институте в 1957 году в качестве профессора метеорологии.) В 1953 году Лоренц взял на себя руководство проектом в Массачусетском технологическом институте, который запускал комплексное моделирование погодных моделей, которые он использовал для оценки методов статистического прогнозирования. К концу 1950-х годов Лоренц скептически относился к уместности линейных статистических моделей в метеорологии, поскольку большинство атмосферных явлений, участвующих в прогнозировании погоды, являются нелинейными . Именно в это время произошло его открытие детерминированного хаоса .

Теория хаоса

В 1961 году Лоренц использовал простой цифровой компьютер Royal McBee LGP-30 для моделирования погодных условий, моделируя 12 переменных, представляющих такие вещи, как температура и скорость ветра. Он хотел снова увидеть последовательность данных и, чтобы сэкономить время, начал моделирование в середине его хода. Он сделал это, распечатав данные, соответствующие условиям в середине исходного моделирования. К его удивлению, погода, которую машина начала предсказывать, полностью отличалась от предыдущего расчета. Виновник: округленное десятичное число на компьютерной распечатке. Компьютер работал с 6-значной точностью, но в распечатке переменные округлялись до 3-значного числа, поэтому такое значение, как 0,506127, напечатано как 0,506. Это различие крошечное, и в то время считалось, что оно не должно иметь практического эффекта. Однако Лоренц обнаружил, что небольшие изменения начальных условий приводят к большим изменениям в долгосрочных результатах.

Открытие Лоренца, давшее название аттракторам Лоренца , показало, что даже подробное атмосферное моделирование, как правило, не может дать точных долгосрочных прогнозов погоды. Его работа над этой темой увенчалась публикацией его статьи 1963 года «Детерминированный непериодический поток» в журнале «Атмосферные науки» , а вместе с ней и основания теории хаоса . В этой статье он заявляет:

«Два состояния, различающиеся на неуловимую величину, могут в конечном итоге развиться в два существенно разных состояния ... Если тогда есть какая-либо ошибка в наблюдении за текущим состоянием - а в любой реальной системе такие ошибки кажутся неизбежными - приемлемое предсказание мгновенного состояния в далеком будущем может оказаться невозможным ... Ввиду неизбежной неточности и неполноты наблюдений за погодой, точные очень долгосрочные прогнозы, похоже, не существуют ».

Его описание эффекта бабочки , идея о том, что небольшие изменения могут иметь большие последствия, последовало в 1969 году.

Идеи Лоренца о детерминированном хаосе получили широкий резонанс, начиная с 1970-х и 80-х годов, когда они стимулировали новые области исследований практически во всех областях науки, от биологии до геологии и физики. В метеорологии это привело к выводу, что может быть принципиально невозможно предсказать погоду дольше двух или трех недель с разумной степенью точности. Однако признание хаоса привело к улучшениям в прогнозировании погоды , поскольку теперь синоптики признают, что измерения несовершенны, и поэтому запускают множество симуляций, начиная с немного иных условий, что называется ансамблевым прогнозированием .

Керри Эмануэль , выдающийся метеоролог и климатолог из Массачусетского технологического института, заявил о важнейшем значении работы Лоренца :

«Показав, что определенные детерминированные системы имеют формальные пределы предсказуемости, Эд забил последний гвоздь в гроб картезианской вселенной и спровоцировал то, что некоторые называют третьей научной революцией 20-го века, последовавшей по пятам теории относительности и квантовой физики».

В конце своей карьеры Лоренц получил международное признание за важность его работы над детерминированным хаосом. В 1983 году вместе с коллегой Генри Стоммелом , он был удостоен Crafoord премии от шведской академии наук , считается почти равным Нобелевской премии . Он также был награжден Киотской премией за фундаментальные науки в области наук о Земле и планетах в 1991 году, премией Buys Ballot в 2004 году и премией Томассони в 2008 году. В 2018 году был снят короткий документальный фильм об огромном научном наследии Лоренца во всем. от того, как мы предсказываем погоду, до нашего понимания Вселенной.

Наследие

Коллеги и друзья помнят Лоренца за его спокойное поведение, мягкое смирение и любовь к природе. Его близкий друг и соратник Джул Чарни описал его как «гения с душой художника» .

Центр Лоренца

В 2011 году в Массачусетском технологическом институте в честь Лоренца и его новаторской работы по теории хаоса и климатологии был основан Центр Лоренца, исследовательский центр по вопросам климата, занимающийся фундаментальными научными исследованиями .

Празднование столетия

В феврале 2018 года Центр Лоренца и Фонд Генри Хоутона провели симпозиум под названием MIT on Chaos and Climate в честь 100-летия со дня рождения Лоренца и Чарни . На двухдневном мероприятии всемирно известные эксперты рассказали о большом научном вкладе, который два пионера внесли в области численного прогнозирования погоды , физической океанографии , атмосферной динамики и экспериментальной гидродинамики , а также о личном наследии, которое они оставили после себя. честности, оптимизма и сотрудничества. Видео, подготовленное для этого мероприятия, подчеркивает неизгладимый след Чарни и Лоренца в Массачусетском технологическом институте и в области метеорологии в целом.

Публикации

Лоренц опубликовал множество книг и статей, подборку из которых можно найти ниже. Более полный список можно найти на сайте Лоренц-центра: ссылка

1955 г. Доступная потенциальная энергия и поддержание общего кровообращения. Теллус . Vol. 7; 2. Ссылка
1963 Детерминированный непериодический поток. Журнал атмосферных наук . Vol. 20: 130–141. Ссылка .
1967 Природа и теория общей циркуляции атмосферы. Всемирная метеорологическая организация . Vol. 218. Ссылка
1969 Три подхода к предсказуемости атмосферы. Бюллетень Американского метеорологического общества . Vol. 50; 345–349. Ссылка
Предсказуемость 1972 года: вызывает ли взмах крыльев бабочки в Бразилии торнадо в Техасе? Американская ассоциация развития наук; 139-е заседание. Ссылка
1976 Недетерминированные теории изменения климата . Четвертичное исследование . Vol. 6. Ссылка
1990 Может ли хаос и непереходность привести к межгодовой изменчивости? Теллус . Vol. 42А. Ссылка
2005 Создание хаотических моделей. Журнал атмосферных наук . Vol. 62, № 5: 1574–1587. Ссылка

Награды

1969 г. Медаль Карла-Густава Россби за исследования , Американское метеорологическое общество .
1973 Золотая медаль Саймонса , Королевское метеорологическое общество .
1975 г. Член Национальной академии наук (США).
1981 Член Норвежской академии наук и литературы .
1983 Премия Крафорда , Шведская королевская академия наук .
1984 Почетный член Королевского метеорологического общества .
1989 Медаль Эллиота Крессона , Институт Франклина
Киотская премия 1991 г. за … его самое смелое научное достижение в открытии «детерминированного хаоса».
Премия Международной метеорологической организации 2000 г. от Всемирной метеорологической организации
2004 г. Покупает медаль для голосования Королевской Нидерландской академии искусств и наук .
2004 Ломоносов Золотая медаль в Российской академии наук

Languages

In other projects