對人類引起的氣候變化的原因和跡象以及對混亂的物理系統(tǒng)(在復雜系統(tǒng)的保護傘下擠在一起)的開創(chuàng)性建模工作獲得了今年的諾貝爾物理學獎。一半的獎金授予了普林斯頓大學的萬部幸浩和馬克斯·普朗克氣象研究所(MPI-M)的克勞斯·哈塞爾曼，因為他們展示了盡管天氣變化無常，計算機模型可以對地球大氣中不斷上升的二氧化碳(CO2)的變暖效應做出具體的預測，并指出人類活動是罪魁禍首。
另一半獎勵給羅馬大學的喬治·帕里西，他發(fā)明了一種方法來理解某些磁性合金中的混沌原子行為。盡管材料的行為有很大的變化，帕里西表明，識別潛在的模式是可能的。他的工作影響了數(shù)學、生物學、神經(jīng)科學、機器學習，甚至幫助解釋了數(shù)千只椋鳥的咕噥聲是如何協(xié)同行動的。
斯德哥爾摩大學(Stockholm University)物理學家、諾貝爾物理學委員會(Nobel Committee for Physics)主席托爾斯·漢斯·漢森(Thors Hans Hansson)在今天上午的公告中說，對氣候科學的關(guān)注是為了向“尚未得到這個信息的世界領(lǐng)導人”傳遞一個信息。“我們要說的是，氣候模型是基于物理理論和著名物理學的堅實基礎(chǔ)。”
馬納貝和哈塞爾曼的獲獎讓氣候科學家們感到高興。巴黎索邦大學(Sorbonne University)法國國家科學研究中心(CNRS)的氣候科學家桑德琳•博尼(Sandrine Bony)說:“氣候是物理學學科的一部分，這是一個了不起的認識，早就應該研究了。”MPI-M的氣候科學家比約恩·史蒂文斯(Bjorn Stevens)說:“首先，這是個了不起的消息。其次，他們選擇了完美的候選人。”
科學家們早就知道，地球是由于太陽光線照射表面而變暖的，而大氣向太空發(fā)射紅外光而變冷的，地球的溫度是由這兩種效應的平衡決定的。大氣中的二氧化碳吸收了部分紅外光，降低了冷卻的效率，并扭曲了平衡，導致全球氣溫升高。早在19世紀90年代，瑞典物理學家Svante Arrhenius就曾試圖預測二氧化碳上升對全球變暖的影響。然而，早期的嘗試過于簡單，因為他們認為從一層大氣到下一層的能量轉(zhuǎn)移純粹是通過輻射進行的。
二戰(zhàn)后離開日本，在普林斯頓地球物理流體動力學實驗室工作的萬部幸子，為這個問題注入了一個關(guān)鍵的物理學元素:對流。任何小學生都知道，在大氣中，熱空氣上升，冷空氣下降，這種氣流也傳輸能量。史蒂文斯說，Manabe知道，如果不解釋這種現(xiàn)象，就無法理解大氣。“真是天才的一擊。”
在1967年的一項具有里程碑意義的研究中，Manabe將大氣的復雜性簡化為一個40公里高的空氣柱的簡單1D模型，這仍然需要在當時最基本的計算機上運行數(shù)百小時。該模型顯示，當二氧化碳濃度僅為百萬分之百時，就會對氣候產(chǎn)生深遠的影響。如果二氧化碳濃度從目前的300ppm增加一倍到600ppm，全球氣溫將上升2.3℃。
1975年，Manabe發(fā)布了第一個將大氣和海洋聯(lián)系起來的3D氣候模型。海洋從大氣中吸收熱量和二氧化碳，并能將它們儲存幾個世紀，因此這種交換對于任何長期的氣候建模都是至關(guān)重要的。當Manabe使用該模型進行同樣的二氧化碳倍增實驗時，他發(fā)現(xiàn)溫度上升了2.93℃——這一發(fā)現(xiàn)與當今高性能計算機模型給出的答案非常相似。“這真的很神奇，”博尼說。“這真的顯示了對氣候如何運作的物理理解的力量。”
原文鏈接：https://www.science.org/content/article/research-climate-modeling-and-complex-systems-wins-nobel-prize-physics
注：此研究成果摘自Science Advances期刊原文章，文章內(nèi)容不代表本網(wǎng)站觀點和立場，僅供參考。
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