Gilbert Walker: Der Mann, der eine Wippe im Himmel fand

Er wurde 1904 eingestellt, um etwas zu tun, wofür es kein Vorgehen gab: den indischen Monsun vorherzusagen. Er hatte keinerlei meteorologische Ausbildung. Sein Vorgänger hatte ihn genau aus diesem Grund rekrutiert – das indische Wetteramt wollte keinen weiteren Meteorologen, sondern einen Mathematiker, und Gilbert Walker war „Senior Wrangler“ in Cambridge gewesen. Was er schließlich entdeckte, verborgen in Jahrzehnten von Barometerablesungen von Stationen auf der ganzen Welt, war ein Rhythmus, den niemand vermutet hatte: eine riesige Druckwippe, die zwischen dem Indischen und dem Pazifischen Ozean hin und her schwang. Es würde 65 Jahre und einen weiteren Wissenschaftler brauchen, um zu erklären, warum es sie gab.

Senior Wrangler, dann ein Umweg

Walker wurde 1868 in Rochdale, Lancashire, geboren und schlug den klassischen Weg der viktorianischen mathematischen Elite ein: Trinity College, Cambridge, wo er 1889 als „Senior Wrangler“ abschloss – das beste Ergebnis im mathematischen Tripos, eine Auszeichnung, die in dieser Ära als nationales Ranking fungierte. Er blieb als Fellow und hielt Vorlesungen in angewandter Mathematik.

Dann suchte John Eliot, der den Wetterdienst Britisch-Indiens leitete, einen Nachfolger und entschied, dass er jemanden mit mathematischer Neigung wollte, statt jemanden, der sich bereits mit dem Wetter auskannte. Walker gab 1903 sein Stipendium in Cambridge auf und war bis 1904 Generaldirektor der Observatorien in Indien. Auf dem Papier war es eine exzentrische Ernennung. In der Praxis war es die Geburtsstunde der modernen Klimawissenschaft.

Der Job, den niemand machen konnte

Der Grund für die Existenz des Amtes war der Monsun. Alles in Indien – die Ernte, die Einnahmen, das Überleben von zig Millionen Menschen – hing davon ab, ob der Sommerregen kam und wie viel er brachte, und der Prognoseaufwand, den Walker erbte, war eher informierte Raterei als Wissenschaft.

Seine Reaktion war eher methodisch als beobachtend. Er führte statistische Korrelation und Regression in ein Gebiet ein, das diese im Wesentlichen nicht genutzt hatte, und er tat dies im großen Stil, indem er systematisch nach Beziehungen zwischen dem indischen Regen und Messungen suchte, die irgendwo auf der Erde gemacht wurden. Dies war im Grunde eine Industrie-Analyse von Daten, die mit Bleistiften, Tabellen und einer großen Anzahl menschlicher Rechner durchgeführt wurde, Jahrzehnte bevor es Maschinen gab, die dies tun konnten. Es erforderte eine ungewöhnliche Art von Nervenstärke: Walker schlug vor, dass das Verhalten der Atmosphäre über Indien auf einem Barometer in Chile oder Australien lesbar sein könnte, ohne eine Theorie, die besagte, warum das so sein sollte.

Die Southern Oscillation

Er hatte recht. Aus den Korrelationstabellen ging das Phänomen hervor, das er „Southern Oscillation“ (Südliche Oszillation) nannte – eine große Wippe des Luftdrucks zwischen dem Indischen Ozean und dem Pazifik, so dass, wenn der Druck an einem Ende steigt, er am anderen fällt, und damit einher gehen Verschiebungen von Temperatur und Niederschlag über riesige Teile des Globus. Walker hatte einen Modus der planetarischen Variabilität gefunden, der sich wie ein verbundenes System verhielt.

Er hörte dort nicht auf. Er identifizierte auch die Nordatlantische Oszillation und die Nordpazifische Oszillation, die Druckmuster, die einen Großteil des Winterklimas in Europa, Nordamerika und dem Nordpazifik bestimmen. Zusammen bilden diese drei Entdeckungen einen Großteil der Grundarchitektur dessen, wie Klimawissenschaftler heute die jährliche Variabilität beschreiben. Die Southern Oscillation erwies sich als die atmosphärische Hälfte dessen, was heute El Niño-Southern Oscillation genannt wird – die wichtigste Quelle für die interannuelle Klimavariabilität auf dem Planeten.

Parallel dazu entwickelte Walker bei der Arbeit an den Zeitreihenproblemen, die die Analyse aufwarf, Methoden, die zusammen mit denen des Statistikers Udny Yule zu den Yule-Walker-Gleichungen wurden – ein grundlegender Apparat bei der Analyse autoregressiver Prozesse, der heute weit über die Meteorologie hinaus verwendet wird.

Ramanujan, Bumerangs und Flöten

Walkers Neugier war im besten Sinne disziplinlos. Er veröffentlichte Arbeiten zur Dynamik von Bumerangs, zur Aerodynamik des Vogelflugs, zur Physik der Flöte und zur Relativitätstheorie. Er war Musiker und Künstler. Und in einem der folgenschwersten Akte der Talentfindung in der Geschichte der Mathematik erkannte er die Fähigkeiten von Srinivasa Ramanujan und unterstützte ihn mit einer Empfehlung an die Universität Madras, die dazu beitrug, das Stipendium zu sichern, mit dem Ramanujans Karriere begann.

Er trat 1924 in Indien in den Ruhestand, wurde zum Ritter geschlagen und setzte die Klimaforschung am Imperial College London fort, wobei er 1926-27 als Präsident der Royal Meteorological Society fungierte. Bis dahin hatte er bereits die Besorgnis artikuliert, die seine eigene Methode definierte. 1927 warnte er: „Es besteht heute immer die Gefahr, dass Spezialisten für zwei Fächer... nicht nur ohne Kenntnis der Arbeit des anderen aufwachsen, sondern auch die Probleme ignorieren, die gegenseitige Unterstützung erfordern.“

Warum Gilbert ein Genie genannt wird

Die damit verbundene Qualität ist eine spezifische und leicht aus der Mode gekommene: die Fähigkeit, echte Strukturen in Daten zu erkennen, bevor es eine Theorie gibt, die sie vorhersagt. Walker war kein Physiker, der einen Mechanismus erklärte. Er war ein Mathematiker, der der Korrelation vertraute, sie in einem Ausmaß anwendete, das niemand versucht hatte, und die Unterscheidungskraft besaß, ein bedeutsames planetarisches Signal von den Tausenden von falschen Beziehungen zu unterscheiden, die eine solche Suche zwangsläufig hervorruft. Die Southern Oscillation auf diese Weise zu finden, war eher eine Leistung der Mustererkennung als der Deduktion – und Mustererkennung von dieser Qualität, die über Jahrzehnte tabellarischer Zahlen aufrechterhalten wird, ist selten.

Das Gegenargument ist unkompliziert und Walker selbst konnte es nicht beantworten. Er konnte die Wippe beschreiben; er konnte nicht sagen, was sie zum Wippen brachte. Ohne einen physikalischen Mechanismus bleibt eine Korrelation – wie robust auch immer – anfällig für den Vorwurf, ein Artefakt einer sehr großen Suche zu sein. Die Erklärung kam erst 1969, als Jacob Bjerknes die Kopplung zwischen Ozean und Atmosphäre demonstrierte, die das System antreibt, und es ist Bjerknes, dem das Verdienst für die Physik gebührt. Es gibt auch eine Frage des Maßstabs: Walker hatte die Ressourcen eines kolonialen wissenschaftlichen Dienstes und Armeen von Schreibkräften, die die Arithmetik erledigten. Was er lieferte, war Richtung, nicht Berechnung.

Doch die Richtung war der schwierige Teil. Er entschied sich, über Ozeane hinweg nach Fernverbindungen zu suchen, obwohl es keinen Grund gab, sie zu erwarten, er benannte die richtigen, und die Strukturen, die er identifizierte – Südlich, Nordatlantisch, Nordpazifisch – bleiben ein Jahrhundert später das Standardvokabular des Fachgebiets. Das ist eine sehr hohe Trefferquote für jemanden, der blind arbeitet. Das Wort Genie passt hier vernünftigerweise, vorausgesetzt, es bedeutet ein außergewöhnliches Gespür für Signale statt einer außergewöhnlichen theoretischen Vorstellungskraft.

Vermächtnis

Walker starb 1958, elf Jahre bevor Bjerknes ihn rehabilitierte. Die atmosphärische Umwälzung, die den Pazifik antreibt, wird heute Walker-Zirkulation genannt; das Walker Institute an der University of Reading trägt seinen Namen in die moderne Klimaforschung; und die Yule-Walker-Gleichungen befinden sich im Werkzeugkasten eines jeden, der eine Zeitreihe anpasst. Jede Saisonprognose, die damit beginnt, zu fragen, was El Niño dieses Jahr macht, arbeitet innerhalb eines Rahmens, den er aus Barometerablesungen und Korrelationskoeffizienten zusammengebaut hat, im Dienste einer Frage – kommen die Regenfälle? –, die er nie ganz beantworten konnte.