Льюис Фрай Ричардсон

Краткая биография

Жизнь и работа

Льюис Фрай Ричардсон родился 11 октября 1881 года в Ньюкасл-апон-Тайне в семье квакеров. Он изучал естественные науки в Кембридже и работал в нескольких научных и технических учреждениях, включая Национальную физическую лабораторию и британскую Метеорологическую службу. Его интересовала возможность превращать сложные природные процессы в систему количественных уравнений и вычислений.

В начале XX века прогноз погоды во многом опирался на синоптические карты, накопленный опыт и сравнение текущей ситуации с известными атмосферными сценариями. Физические уравнения движения воздуха и термодинамики уже существовали, но практически использовать их для прогноза было чрезвычайно трудно: расчётов требовалось слишком много.

Ричардсон предложил другой подход. Атмосферу можно мысленно разделить на ячейки, задать для каждой температуру, давление, ветер и другие величины, а затем шаг за шагом рассчитывать, как они изменяются согласно законам физики. По сути, это принцип, лежащий в основе современного численного прогноза погоды.

Во время Первой мировой войны Ричардсон, убеждённый пацифист и квакер, служил в санитарном подразделении Friends' Ambulance Unit. В свободное время он продолжал вычислительный эксперимент с погодными данными. На один шестичасовой прогноз для одного района у него ушло больше шести недель ручных вычислений. Сам результат оказался неточным из-за недостатков исходных данных и методов, но математическая идея была принципиально верной.

В 1922 году он опубликовал книгу Weather Prediction by Numerical Process. В ней Ричардсон не только изложил систему уравнений и вычислительную схему, но и представил знаменитую концепцию «фабрики прогнозов»: огромного зала, где тысячи вычислителей одновременно рассчитывают разные участки атмосферы, а общий координатор синхронизирует их работу.

Сегодня эта фантазия выглядит удивительно современной. Вместо тысяч людей задачи распределяются между тысячами процессорных ядер суперкомпьютера. Наблюдения с метеостанций, спутников и других источников объединяются с математической моделью атмосферы, после чего система рассчитывает её дальнейшую эволюцию. Британская Met Office прямо рассматривает Ричардсона как одного из основателей численного прогнозирования.

Интересы Ричардсона были шире метеорологии. Он исследовал турбулентное перемешивание, разработал численные методы решения уравнений и применял математику к изучению вооружённых конфликтов. Его пацифистские убеждения влияли не только на биографию, но и на выбор научных вопросов: он пытался количественно изучать, при каких условиях конфликты возникают и усиливаются.

Ричардсон не дожил до того момента, когда численные прогнозы стали повседневной операционной практикой. Но с появлением электронных компьютеров его основная идея стала реализуемой. Современные прогнозы погоды и климатические модели продолжают использовать тот же фундаментальный принцип: состояние атмосферы описывается физическими уравнениями, которые решаются численно на вычислительной сетке.