Arven etter Vilhelm Bjerknes

Universitetet i Bergen har mottatt den gledelige melding at Bjerknessenteret for klimaforskning har fått status som senter for fremragende forskning. Denne status gir en finansiering som bør gi klimaforskning i Bergen et løft mot ypperste internasjonale nivå, skriver Sigbjørn Grønås, professor i meteorologi, Geofysisk institutt, UiB.

Publisert Publisert
icon
Denne artikkelen er over 18 år gammel

Det er å håpe at forskningen kan få lignende betydning for menneskeheten som den Bergensskolen i meteorologi fikk fra rundt 1920 og utover. Bergensskolen ble ledet av Vilhelm Bjerknes, som sammen med sin sønn Jacob Bjerknes låner navn til Bjerknessenteret. I denne kronikken blir det gjort greie for Vilhelm Bjerknes' visjoner for værvarsling, visjoner som direkte kan utvides til klimaforskning. Selv om han har rang som gigant innen internasjonal forskning, har han ennå ikke fått den plass i norsk historie som han fortjener. Universitetet i Oslo gjør for tiden stor innsats for å hedre vår matematiker Niels Henrik Abel. Universitetet i Bergen har en lignende oppgave fremfor seg når det gjelder historien om Vilhelm Bjerknes.

VILHELM FRIMAN KOREN BJERKNES ble født i 1862 i Kristiania. Han ble cand.real. i 1888, studerte matematikk og fysikk i Paris og Bonn, tok doktorgrad i Kristiania 1892, var fra 1895 professor i mekanikk og matematisk fysikk ved Stockholms Högskola, professor i mekanikk og matematisk fysikk ved Universitetet i Kristiania (1907-1912), professor og bestyrer av Geofysisk institutt ved Universitetet i Leipzig (1912-1917), professor i geofysikk ved Geofysisk institutt ved Bergens Museum (1917-1926) og tilbake som professor i mekanikk og matematisk fysikk ved Universitetet i Oslo (1926 -1932). Han døde i 1951. På slutten av 1800-tallet da Vilhelm Bjerknes studerte, blomstret mange vitenskaper. Men svært få nyvinninger kom værvarsling til del. De store vitenskapsmenn var nok interessert i atmosfærens sirkulasjon, men fant ingen gode metoder for å angripe problemet værvarsling.

Etter sin doktorgrad om elektromagnetiske bølger startet Bjerknes arbeid innen væskers bevegelse (hydrodynamikk) etter idéer fra sin far, C.A. Bjerknes, professor i fysikk ved Universitetet i Kristiania. En følge av dette til dels håpløse arbeidet, som han nærmest utførte i pietet for sin far, ble hans to berømte sirkulasjonsteorem i hydrodynamikk publisert i 1898 og 1902. Bjerknes forsto straks at hans teoremer representerte et betydelig hjelpemiddel for å forstå bevegelser i luft og hav, spesielt hvordan sirkulasjoner kan oppstå som følge av termiske prosesser. Hans oppdagelser ledet ham til tanken å kombinere meteorologi basert på observasjoner med teoretisk termo-hydrodynamikk, som opp til da hadde utviklet seg isolert. Han kom fram til at dette djervt kunne angripes ved å beregne framtidige tilstander av atmosfæren fra nåværende tilstand. Med andre ord, problemet værvarsling som et matematisk problem måtte formuleres og hvis mulig, løses.

I 1904 publiserte han sine tanker om værvarsling i en meget kort artikkel han skrev på tysk. Presist og rett på sak startet han artikkelen med å formulere sine lover for værvarsling: «Dersom det er slik, som hvert naturvitenskapelig tenkende menneske tror, at etterfølgende tilstander i atmosfæren utvikler seg lovmessig fra den foregående, er det innlysende at de nødvendige og tilstrekkelige betingelser for rasjonell løsning av værvarslingsproblemene er som følger:

1. En må med tilstrekkelig nøyaktighet kjenne atmosfærens tilstand ved et bestemt tidspunkt.

2. En må med tilstrekkelig nøyaktighet kjenne lovene som den ene atmosfæriske tilstand til den andre utvikler seg etter.»

Artikkelen gir den første vitenskapelige analyse noensinne av problemet værvarsling. Samtidig uttrykker den Bjerknes' visjon og program for framtidens muligheter for å varsle været. Han brukte de to medisinske begrepene diagnose og prognose for å beskrive de to skrittene. Diagnosen — i dag vil vi si analysen - krever adekvate observasjoner for å definere den tredimensjonale struktur av atmosfæren ved et bestemt tidspunkt, og prognosen må beregnes etter kjente lover for atmosfærens bevegelse og fysikk.

DA BJERKNES SKREV ARTIKKELEN fantes det ikke observasjoner gjennom de ulike luftlag for å gi en tilfredsstillende analyse over atmosfærens tilstand ved et tidspunkt. Men Bjerknes fikk i stand målekampanjer for deler av Europa i utvalgte situasjoner som han og hans medarbeidere analyserte i Leipzig. Bjerknes innså at ligningene fra den teoretiske fysikk ikke kunne løses direkte på reelle atmosfæriske tilstander, dertil mente han - ganske riktig ut fra tidens teknologi - at beregningsmengdene var for store. Han håpte på å utvikle omtrentlige grafiske metoder, men kom egentlig ingen vei med dette uten i helt enkle, idealiserte strømningsmønstre. Likevel hadde han et sterkt håp for framtiden. Da han begynte som direktør i Leipzig i 1912, sa han i sin tiltredelsestale: «Jeg ville anse min oppgave som løst hvis jeg ved ett års arbeide kunne regne riktig ut værets forandring fra en dag til den neste.»

Bjerknes skriver senere at da han publiserte sin artikkel i 1904, var en av grunnene å bli kvitt problemet værvarsling og overlate problemene til andre. Men hans skjebne ble bestemt etter et besøk i USA i 1905. Da la Bjerknes i et foredrag i Washington D.C. fram sitt program for en storstilt offensiv på værvarslingsproblemet formulert som et eksakt matematisk/fysisk problem. Foredraget førte til at Bjerknes fra da av og inntil 1941 hvert år fikk en rundhåndet støtte til sin forskning fra Carnegie Institution of Washington. Med denne økonomiske støtten i ryggen viet Vilhelm Bjerknes det meste av resten av sin vitenskapelige karriere til værvarsling og atmosfærens dynamikk. Gjennom sitt virke for værvarsling i Oslo, Leipzig, Bergen og senere igjen Oslo oppdaget Bjerknes og hans assistenter sentrale fenomen som fronter og lavtrykksdannelse på frontalsoner, utviklet moderne metoder for kortsiktig værvarsling, utgav teoretiske arbeider for å forstå atmosfærens bevegelse og skrev lærebøker i atmosfærens dynamikk og værvarsling. I tillegg ble tankene gjort kjent for fagfolk ved foredrag i mange land og ved mangfoldige gjesteopphold av utenlandske forskere i Bergen. Det var også en viktig oppgave for Bjerknes og hans folk å informere allmennheten ved artikler i avisene og foredrag for fiskere og bønder. Legendarisk var Bjerknes' evne til å danne forskergrupper med svært unge forskertalenter som han inspirerte og ga frihet. Mange av Nordens største naturvitenskapelige forskere startet som assistenter hos Bjerknes: Jacob Bjerknes, T. Bergeron og H. Solberg, som utgjorde grunnstammen i Bergensskolen, oseanografen H.U. Sverdrup, fysikerne S. Rosseland og O. Devik og meteorologene Th. Hesselberg, C.G. Rossby, C.L. Godske og E. Høiland. Finansieringen fra USA var en uvurderlig investering i nordisk forskning som ga resultater for hele verden.

BRITEN LEWIS FRY RICHARDSON ble under første verdenskrig inspirert av Bjerknes til et dristig, men mislykket forsøk på å regne ut været 12 timer fram fra en analyse over Tyskland beskrevet av Bjerknes. Etter siste verdenskrig var matematikeren von Neuman sentral i utviklingen av de første datamaskinene. Han visste om Richardsons arbeid og fikk dannet en gruppe forskere i meteorologi for å anvende datamaskiner for å beregne utviklingen av en værsituasjon fra en analyse. Denne forskningen, som ble gjort med sterkt forenklede ligninger, fant sted ved Princeton University, USA og ble starten på den virksomheten, basert på Bjerknes' tenkning, som vi nå kaller numerisk værvarsling (Numerical Weather Prediction, NWP). To norske meteorologer var med: Arnt Eliassen og Ragnar Fjørtoft. Etter som kapasiteten på datamaskinene har økt dramatisk gjennom de siste tiårene, har de største tungregneanleggene i verden blitt utnyttet til værvarsling etter Bjerknes' prinsipper. Ganske fullstendige ligninger er etter hvert blitt brukt, og store forbedringer er oppnådd for å øke den praktiske forutsigbarheten i værvarsling. I våre dager er så godt som all værvarsling basert på numerisk værvarsling, og Vilhelm Bjerknes' visjon er oppfylt.

Gjennom de siste tiår har Bjerknes' program blitt videreført til simulering av klimavariasjoner i klimamodeller som kopler atmosfære/hav/jordoverflate. Også disse modellene starter med en analyse og beregner været og strømmene i havet i samsvar med lovene for bevegelsen. Beregningene går fram time for time, dag for dag, år for år. Underveis kan ytre pådriv på klimasystemet endres, f.eks. menneskeskapt drivhuseffekt og solstråling. Modellene brukes til å simulere klimaendringer både i fortid og framtid. Tiltroen til modellene vurderes utfra hvor godt de simulerer klimavariasjoner gjennom de siste hundre år da en har bra med målinger å sammenligne med. Resultatene kaster lys over hvor stor forutsigbarhet det er for klimavariasjoner. Endringer fra år til år og tiår til tiår synes å ha liten forutsigbarhet, noe som samsvarer med teoretiske overslag. Derimot synes modellene å kunne beskrive endringer over noen tiår, slik som den globale oppvarmingen de siste tiårene.

BJERKNESSENTERET ER ET SAMARBEID mellom Universitetet, Nansensenteret og Havforskningsinstituttet og ledes av professor Eystein Jansen. Som en del av virksomheten er det ved senteret utviklet en klimamodell (Bergen Climate Model), som et redskap for å prediktere hvordan framtidens klima vil bli for ulike scenarier for utslipp av klimagasser. Et viktig mål for forskningen er å forutsi hvordan den globale oppvarmingen vil påvirke klimaet og havstrømmene i våre områder, inkludert Arktis. Videreutvikling finner sted i høyt tempo, en virksomhet som kombineres med forskning for å øke vår forståelse for prosesser i hav og atmosfære og tidligere tiders klimavariasjoner. Raskere superdatamaskiner er en forutsetning. Det er å håpe at forskningen, som i Bergensskolens tid, vil tiltrekke seg unge forskertalenter, og på sikt bli til stor gagn for menneskeheten.

VILHELM BJERKNES: Oljemaleri malt av Rolf Groven, 1983, eies av Geofysisk institutt.

Publisert
Takk for at du leser BTIkke gå glipp av alle nyheter fra Vestlandets største avis.
Bli abonnent
BT anbefaler

Per Ole hadde fast jobb og god inntekt – sluttet for å følge drømmen

– Det har vært tøft, men verdt det.

LES SAKEN

Mest lest akkurat nå

  1. Flere ulykker med løperhjul

  2. Her blir festdagen avsluttet

  3. - Svært mange meldinger om berusede og bevisstløse personer

  4. I fjor ble de beskyldt for «gubbevelde». I år tok kvinnene styringen.

  5. Se bildene fra 17. mai-feiringen i Bergen

  6. Over tusen båter deltok i kortesjen, ifølge 17. mai-komiteen: – Fantastisk oppmøte