Jule Charney - Parte V: Colaboradores

Charney exerceu importante papel na criação
do Joint Numerical Prediction Unit em 1954.
Como parte disso, ele treinou G. Cressman e
F. Schuman e encorajou a formação do hoje
chamado Laboratório de Dinâmica dos Fluidos
Geofísicos, sob a direção de Joseph Smagorinsky.
Muitos de seus programadores desenvolveram
trabalhos importantes na meteorologia, como
por exemplo Glenn Lewis, primeiro diretor
de computação do NCAR e J. Cooley e J. Tukey,
que desenvolveram a Transformada Rápida de
Fourier (FFT).

Joseph Smagorinsky

Antes de deixar Princeton para ir para o MIT em
1956, Charney deu importantes contribuições para
oceanografia – estimuladas por várias discussões
com Henry Stommel. Nos 25 anos de MIT, fez novas
contribuições sobre teoria dos movimentos atmosféricos.
Com Phillip Drazin ele iniciou o estudo de
propagação vertical de energia em onda longa
(muitos outros cientistas continuaram este tipo
de aproximação para examinar o aquecimento
estratosférico e outros fenômenos). Com Melvin
Stern ele mostrou como o critério de estabilidade
para jatos baroclínicos estava relacionado com
o conhecido critério de Rayleigh para escoamento
de Couette irrotacional. Renovou sua colaboração
com Eliassen, propondo um mecanismo que
chamaram de Instabilidade Condicional de
Segundo Tipo (CISK). Neste processo, a convecção
cumulus era organizada por um furacão para
fornecer a liberação de calor latente necessária
para manter o furacão.

Grupo de Princeton (1952): J. Charney, o computador ENIAC (ou MANIAC...), N. Phillips, G. Lewis, N. Gilbarg e G. Platzman

Fonte: The National Academies Press

Jule Charney - Parte IV: Previsão Numérica do Tempo

Quando estava em Oslo, a previsão numérica já
estava na mente de Charney. Em agosto de 1946,
antes de deixar os EUA, ele atendeu uma sugestão
de Rossby e participou de um encontro no
Institute for Advanced Study. Este encontro, entre
grandes meteorologistas, foi proposto por John
von Neumann para discutir a possibilidade do
uso de computadores eletrônicos para a previsão
do tempo. No meio de 1948, Charney voltou para
os EUA para trabalhar com Von Neumann.

Dois artigos de Charney foram essencialmente devotados
para a previsão numérica. No primeiro deles, “On a
physical basis for numerical prediction of large-scale
motions in the atmosphere”, ele estimou o volume para
o qual a computação deve ser feita para gerar uma
previsão significativa para uma área como os EUA. No
segundo, “A numerical method for predicting the
pertubations of the middle latitudes westerlies”,
escrito com Eliassen, o conceito de “região de influência”
foi mais refinado.

As primeiras previsões numéricas foram feitas no computador
ENIAC porque o computador de Von Neumann ainda
não estava pronto. Os resultados satisfatórios foram
publicados em 1950, em um artigo de Von Neumann e Fjortoft:
“Numerical integration of the barotropic vorticity equation”.
O sucesso destas previsões deveu-se às técnicas
computacionais de Von Neumann e à investigação
cuidadosa de Charney dos fatores hidrodinâmicos, como
descrito nos dois artigos supracitados.

Com o sucesso das primeiras previsões no ENIAC,
a idéia de previsão numérica tornou-se imediatamente
aceita pela comunidade meteorológica. A aceitação
cresceu quando o grupo de Princeton, com Charney,
teve sucesso na previsão de ciclogênese. Também
mostraram que o sistema geostrófico poderia simular
aspectos elementares da circulação geral.

Participantes do ENIAC (1950). Da esquerda p/ direita: H. Wexler, J. von Neumann, M. Frankel, J. Namias, J. Freeman, R. Fjortoft, F. Reichelderfer e J. Charney.

Fonte: The National Academies Press

Jule Charney - Parte III: Movimento Quasi-Geostrófico

O passo seguinte de Charney foi a formulação da
equação do movimento quase-geostrófico. Isto foi feito
durante o seu período no National Research Fellowship
em Oslo, em 1947-1948. A técnica usada foi análise de
escala. Neste procedimento, determinam-se ordens de
magnitude às variáveis (e às escalas de comprimento
e de tempo) para simplificação. Suspeita-se que
Charney usou este método depois de ler a análise de
Prandtl da camada limite turbulenta (pouco antes,
Rossby havia comentado com Charney a respeito do
livro de Prandtl).

O sistema quase-geostrófico formulado por Charney
permitiu aos movimentos fortemente advectivos de
grande escala serem analisados e previstos sem as
complicações das ondas de gravidade. Estas complicações
foram a fonte da dificuldade de Richardson 30 anos
antes.

Deve-se assumir que o sistema geostrófico estava
na moda naquele tempo. Em 1947, Sutcliff derivou
a parte da equação da vorticidade do sistema
geostrófico. Em 1949, Obukhov publicou sua
derivação para o caso barotrópico. E em Oslo,
Eliassen propôs, independentemente, uma
variante agora conhecida como sistema
“semi-geostrófico”. O trabalho de Charney foi
completamente independente destes: foi único,
conclusivo, completo e universal.

Fonte: The National Academies Press

Jule Charney - Parte II: A Tese

Na sua tese, Charney, assim como Solberg,
analisou as pequenas perturbações em um estado básico.
Contudo, ambos estudos diferiram em dois pontos: Enquanto
Solberg suspeitava de qualquer tentativa de simplificação
das equações, Charney sugeriu que uma simplificação
inteligente não só era necessário para se chegar na solução
como também ajudava no entendimento dos processos
físicos. Foi este ponto que o fez ter sucesso no
desenvolvimento dos modelos de previsão numérica do
tempo. Ao contrário do modelo barotrópico de Rossby,
o trabalho de Charney não era baseado em simplificações
intuitivas.


O segundo ponto que difere o trabalho de Charney do
de Solberg se refere ao fato da sua ignorância com
relação à frente polar. Por alguns anos, após a
publicação da tese de Charney, a principal vantagem
desta diferença era que enquanto o problema
de Charney tinha solução, o modelo de frente
polar descontínua continuava intratável. Posteriormente,
o trabalho de Stone, Williams, Hoskins e Bretherton
mostrou que descontinuidades de caráter frontal
eram formadas por ondas longas em desenvolvimento.
Assim, a frente passou a ser considerada mais uma
criação da onda longa do que sua criadora.

Nessa época, um estudo similar de instabilidade de
onda longa foi feito por Eric Eady na Inglaterra. Quase
que por acidente, Eady e Charney se encontraram na
Noruega, em 1947, e tornaram-se bons amigos.




Fonte: The National Academies Press

Jule Charney - Parte I: O início

Um pouco sobre a influência de Charney na
meteorologia.

Em 01/01/1917 nascia Jule Charney em
San Francisco, na mesma época que Vilhelm
Bjerknes e seus colaboradores desenvolviam
conceitos de frentes e massas de ar em Bergen,
Noruega, enquanto que pouco mais ao sul,
Lewis Richardson transportava soldados feridos
e nas horas vagas moldava o que viria a ser a previsão
numérica do tempo.

No meio dos anos 30, Charney ingressou
na faculdade de matemática da UCLA, na época
em que Jacob Bjerknes e Jorgen Holmboe chegavam
na universidade. Nesse tempo, Charney desconhecia
que poucos anos antes Bjerknes publicou importante
artigo sobre ondas longas e, em 1939, Rossby (então
no MIT) publicou seu conhecido modelo de ondas longas.
A entrada de Charney na meteorologia se deve a
dois fatos: um convite de Halmboe e o contato com
Theodore Von Karman. Talvez estimulado pela
eminente entrada dos EUA na II Guerra Mundial,
Charney foi aconselhado por Von Karman a entrar
na meteorologia ao invés da aeronáutica. Nesse momento,
ele já havia completado a parte fundamental
de sua tese de doutorado em matemática, intitulada
“Dinâmica de ondas longas em um escoamento
baroclínico de oeste”, posteriormente publicada
em forma de artigo, em 1947, no Journal of
Meteorology.

O artigo estabeleceu o primeiro mecanismo
confiável para o desenvolvimento e movimento de
distúrbios atmosféricos de grande escala. Até então,
tais distúrbios eram simplesmente chamados de ondas
longas e a relação com ciclones de superfície não
era clara. Os trabalhos de Vilhelm Bjerknes e Halvor
Solberg mostravam a teoria de instabilidades atmosféricas
(ciclones polares) mas o problema matemático era
muito complicado.

Fonte: The National Academies Press

Primeiro artigo sobre tornados: 1886

Provavelmente este é o artigo mais antigo sobre tornados,
publicado em 1886:

http://docs.lib.noaa.gov/rescue/mwr/014/mwr-014-09-0257.pdf

Se nao for o mais antigo, pelo menos deve ser o primeiro em
circulação nacional (nos EUA). Vale a pena conferir, embora
não passe de um registro já que a meteorologia dinâmica
não havia sido inventada.

Até mais.

Papo de Meteoro: No olho do furacão II - Belle

Papo de Meteoro: No olho do furacão II - Belle