吉尔伯特·沃克：在天空中发现跷跷板的人

他于1904年受聘从事一项当时无人知晓如何完成的工作：预测印度季风。他此前没有任何气象学方面的训练。他的前任之所以招募他，正是因为这个原因——印度气象局需要的不是另一位天气预报员，而是一位数学家，而吉尔伯特·沃克（Gilbert Walker）曾是剑桥大学的资深牧马人（Senior Wrangler）。他最终从散布在地球各地的气象站几十年的气压计读数中发现了一种无人预料到的节奏：印度洋和太平洋之间存在一种巨大的压力跷跷板。这花了六十五年时间和另一位科学家的研究才解释了它为何存在。

资深牧马人，随后的转折

沃克于1868年出生在兰开夏郡罗奇代尔，走的是维多利亚时代数学精英的经典路线：剑桥大学三一学院，并在1889年成为资深牧马人——这是数学荣誉学位的最高荣誉，在那个时代，这是一种全国性的排名。他留校担任研究员并讲授应用数学。

当时管理英属印度气象局的约翰·艾略特（John Eliot）在寻找继任者时，决定他想要的是一个有数学头脑的人，而不是一个已经了解天气的人。沃克在1903年放弃了他的剑桥研究员职位，到1904年已成为印度天文台的局长。从纸面上看，这是一项古怪的任命。但在实践中，它是现代气候科学的奠基石。

没人能做的工作

该部门存在的理由是季风。印度的一切——收成、税收、数千万人的生存——都取决于夏季降雨是否到来以及降雨量的大小，而沃克继承的预测工作与其说是科学，不如说是基于经验的猜测。

他的应对方式是方法论层面的而非观测层面的。他将统计相关性和回归引入了一个本质上未使用过这些方法的领域，并以规模化的方式系统地寻找印度降雨与地球上任何地方测量数据之间的关系。实际上，这是在没有机器的情况下，由大量人类计算员利用铅笔、表格进行的工业级数据分析，这比机器时代的到来早了几十年。这需要一种不同寻常的胆识：沃克提出，印度上空大气的行为可能在智利或澳大利亚的气压计中得到体现，尽管当时没有任何理论能解释为什么会这样。

南方涛动

他是对的。相关性表格中出现了他所命名的“南方涛动”（Southern Oscillation）现象——印度洋和太平洋之间大气压力的巨大跷跷板，使得当一端压力上升时，另一端就会下降，随之而来的是全球广大地区温度和降雨量的变化。沃克发现了一种行星尺度的变异模式，它作为一个相连的系统运行。

他并没有止步于此。他还确定了北大西洋涛动和北太平洋涛动，这些气压模式主导了欧洲、北美和北太平洋大部分地区的冬季气候。这三项发现构成了气候科学家今天描述年度变异的基本框架的核心。事实证明，南方涛动是现在所谓的厄尔尼诺-南方涛动（El Niño-Southern Oscillation）的大气部分，这是地球上年际气候变化的最重要来源。

除此之外，在研究分析中出现的时间序列问题时，沃克开发的方法与统计学家尤尔（Udny Yule）的方法一起，成为了尤尔-沃克方程（Yule-Walker equations）——这是自回归过程分析的基础工具，如今被广泛应用于气象学之外的领域。

拉马努金、回旋镖和长笛

沃克的好奇心在最好的意义上是无拘无束的。他发表过关于回旋镖动力学、鸟类飞行空气动力学、长笛物理学以及相对论的研究成果。他还是位音乐家和艺术家。在数学史上最具影响力的伯乐行为之一中，他慧眼识珠，发现了斯里尼瓦萨·拉马努金（Srinivasa Ramanujan）的能力，并向马德拉斯大学推荐了他，这帮助拉马努金获得了奖学金，从而开启了他的职业生涯。

他于1924年从印度退休并被授予爵士爵位，随后在伦敦帝国理工学院继续进行气候研究，并于1926年至1927年担任皇家气象学会主席。当时他已经表达了对他自身方法的担忧。在1927年的一篇文章中，他警告说：“今天，人们总是面临这样的风险，即两个学科的专家……成长起来后，不仅缺乏对彼此工作的了解，而且还会忽略那些需要相互协助的问题。”

为什么吉尔伯特被称为天才

这种品质是一种具体且有些不时尚的能力：在任何解释理论存在之前，从数据中探测真实结构的能力。沃克并不是一位解释机制的物理学家。他是一位信任相关性、将其应用于前所未有的规模、并具备区分有意义的行星信号与这种搜索必然产生的数千个虚假关系的能力的数学家。通过这种方式发现南方涛动，比起演绎，更像是模式识别的一种壮举——而这种质量的模式识别，在几十年的数字列表汇总中持续进行，是罕见的。

反面论点很简单，沃克自己也无法回答。他能描述这种跷跷板；但他无法说明是什么让它摇摆。在没有物理机制的情况下，相关性——无论多么稳健——仍然容易受到“仅仅是大规模搜索产生的假象”的指责。解释直到1969年才出现，当时雅各布·比耶克内斯（Jacob Bjerknes）演示了驱动该系统的海洋与大气之间的耦合，而物理学解释的功劳归于比耶克内斯。此外还有一个规模问题：沃克拥有殖民地科学机构的资源，并有大批文员进行计算。他提供的是方向，而不是计算。

然而，方向才是最难的部分。他选择寻找跨洋的遥相关，尽管当时没有任何理由预料到它们的存在；他命名了正确的现象，而他确定的结构——南方涛动、北大西洋涛动、北太平洋涛动——一个世纪后仍然是该领域的标准词汇。对于一个盲目工作的人来说，这是一个极高的命中率。天才这个词在这里用得恰如其分，前提是理解它意味着对信号有异常敏锐的嗅觉，而不是异常的理论想象力。

遗产

沃克于1958年去世，比耶克内斯为他正名早了十一年。驱动太平洋大气环流的大气翻转现在被称为沃克环流（Walker Circulation）；雷丁大学的沃克研究所（Walker Institute）以他的名字将他的研究带入当代气候研究；而尤尔-沃克方程则成为了任何拟合时间序列的人的工具包的一部分。每一个以“今年厄尔尼诺现象如何”为开端的季节性预测，都在他用气压计读数和相关系数构建的框架内工作，为的是回答一个他从未完全回答的问题——雨会来吗？