對(duì)人類引起的氣候變化的原因和跡象以及對(duì)混亂的物理系統(tǒng)(在復(fù)雜系統(tǒng)的保護(hù)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(xué)獎(jiǎng)。一半的獎(jiǎng)金授予了普林斯頓大學(xué)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?yàn)樗麄冋故玖吮M管天氣變化無常，計(jì)算機(jī)模型可以對(duì)地球大氣中不斷上升的二氧化碳(CO2)的變暖效應(yīng)做出具體的預(yù)測(cè)，并指出人類活動(dòng)是罪魁禍?zhǔn)住?/p>
另一半獎(jiǎng)勵(lì)給羅馬大學(xué)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(shí)別潛在的模式是可能的。他的工作影響了數(shù)學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)，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(dòng)的。
斯德哥爾摩大學(xué)(Stockholm University)物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)委員會(huì)(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(duì)氣候科學(xué)的關(guān)注是為了向“尚未得到這個(gè)信息的世界領(lǐng)導(dǎo)人”傳遞一個(gè)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(xué)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”
馬納貝和哈塞爾曼的獲獎(jiǎng)讓氣候科學(xué)家們感到高興。巴黎索邦大學(xué)(Sorbonne University)法國國家科學(xué)研究中心(CNRS)的氣候科學(xué)家桑德琳•博尼(Sandrine Bony)說:“氣候是物理學(xué)學(xué)科的一部分，這是一個(gè)了不起的認(rèn)識(shí)，早就應(yīng)該研究了。”MPI-M的氣候科學(xué)家比約恩·史蒂文斯(Bjorn Stevens)說:“首先，這是個(gè)了不起的消息。其次，他們選擇了完美的候選人。”
科學(xué)家們?cè)缇椭?，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(yīng)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(dǎo)致全球氣溫升高。早在19世紀(jì)90年代，瑞典物理學(xué)家Svante Arrhenius就曾試圖預(yù)測(cè)二氧化碳上升對(duì)全球變暖的影響。然而，早期的嘗試過于簡單，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為從一層大氣到下一層的能量轉(zhuǎn)移純粹是通過輻射進(jìn)行的。
二戰(zhàn)后離開日本，在普林斯頓地球物理流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作的萬部幸子，為這個(gè)問題注入了一個(gè)關(guān)鍵的物理學(xué)元素:對(duì)流。任何小學(xué)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(xiàng)具有里程碑意義的研究中，Manabe將大氣的復(fù)雜性簡化為一個(gè)40公里高的空氣柱的簡單1D模型，這仍然需要在當(dāng)時(shí)最基本的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行數(shù)百小時(shí)。該模型顯示，當(dāng)二氧化碳濃度僅為百萬分之百時(shí)，就會(huì)對(duì)氣候產(chǎn)生深遠(yuǎn)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(gè)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(chǔ)存幾個(gè)世紀(jì)，因此這種交換對(duì)于任何長期的氣候建模都是至關(guān)重要的。當(dāng)Manabe使用該模型進(jìn)行同樣的二氧化碳倍增實(shí)驗(yàn)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)溫度上升了2.93℃——這一發(fā)現(xiàn)與當(dāng)今高性能計(jì)算機(jī)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(duì)氣候如何運(yùn)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(diǎn)和立場，僅供參考。
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