10月5日,2021年諾貝爾物理學(xué)獎,一半被授予美籍日裔科學(xué)家真鍋淑郎(Syukuro Manabe)和德國科學(xué)家克勞斯·哈塞爾曼(Klaus Hasselmann),以表彰他們對復(fù)雜的地球氣候系統(tǒng)進(jìn)行了建模,對其氣候的變化進(jìn)行量化,可靠且準(zhǔn)確地預(yù)測了氣候變化。
另一半被授予給了意大利科學(xué)家喬治·帕里西(Giorgio Parisi),他發(fā)現(xiàn)了從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)中無序和漲落之間的相互影響。
很多人說,爆冷了,沒想到會這次獎項會頒給“復(fù)雜物理系統(tǒng)”。實際上,這個獎項的前一半可以說是頒給了“全球變暖”。目前,全球變暖正處于風(fēng)口浪尖,而真鍋淑郎早在50多年前就精準(zhǔn)地預(yù)見了全球變暖,他是第一個基于物理定律證明二氧化碳會影響氣候的人。我們重點就來說說氣候變化與諾貝爾獎。
全球變暖,早期發(fā)展歷史
傅立葉
全球變暖,最早是1820年約瑟夫·傅立葉發(fā)現(xiàn)的?諝馐峭该鞯模道锶~認(rèn)為陽光能直接穿透空氣,到達(dá)地面。但這些物質(zhì)被地面吸收后會釋放出“暗熱物質(zhì)”,意為看不見的、帶有熱量的物質(zhì)。這些物質(zhì)會被透明的空氣所吸收,導(dǎo)致空氣升溫。
因此他提出如果存在地球般大小的天體,且離太陽的距離也相同的,那么它會比地球更冷,因為地球的空氣有著像“毯子”一樣的保溫效應(yīng)。
阿累尼烏斯
后來,科學(xué)在“光譜”分析上有了進(jìn)展。1896年,斯萬特·阿累尼烏斯解釋了傅立葉所描述的“暗熱物質(zhì)”,其實是太陽輻射(長波)被地球表層的沙石、海洋等物質(zhì)吸收后,重新向外釋放出的熱量(紅外短波輻射)。
空氣對短波輻射不太感冒,但其中的二氧化碳、甲烷、水蒸氣等氣體對短波輻射具有很高的吸收率;诖怂J(rèn)識到這些氣體增加時,披在地球上的毯子會變厚。阿累尼烏斯還計算出了早期的“毯子效應(yīng)”,這是人類早期的“氣候模型”。
真鍋淑郎
不過,氣候系統(tǒng)包含了大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈等等,牽一發(fā)而動全身,極為復(fù)雜。此外,如今人類的活動所屬的生物圈也成了引導(dǎo)氣候變化的主力軍。100多年前,估計沒有人會想到人類有一天能夠改寫氣候,因此前路茫茫,難以預(yù)料。
對于如此復(fù)雜、混沌系統(tǒng),真鍋淑郎在1967年發(fā)表了《給定相對濕度分布下的大氣熱平衡》,基于輻射傳輸和積云對流過程對氣候系統(tǒng)進(jìn)行抽絲剝繭,抓住了氣候變化主要核心,將影響氣候的重要因素聯(lián)系了起來,建立了模型,并且進(jìn)行量化。提出了:如果大氣中二氧化碳含量增加一倍,全球平均氣溫就會提升2度。
到了今天,二氧化碳濃度提升了約50%,全球平均氣溫大約提升了1度,足以驗證模型的準(zhǔn)確性的。對于氣候的不確定性,科學(xué)家們依然在想辦法確定,而真鍋淑郎50年前構(gòu)建的量化模型,在大方向上依然有效。此外,當(dāng)年的氣候模型也間接促成了IPCC的成立。
克勞斯·哈塞爾曼
上世紀(jì)70年代,克勞斯·哈塞爾曼進(jìn)一步構(gòu)建了天氣與氣候相結(jié)合的模型,表明了無論天氣多么變化莫測都無法撼動氣候系統(tǒng)的大趨勢。他還在氣候系統(tǒng)找到辨別人為活動與自然現(xiàn)象的方法,證明了全球變暖是由人類活動造成的。
綜上所述,2021年諾貝爾物理學(xué)獎頒發(fā)給了“復(fù)雜的物理系統(tǒng)”,其中一半頒發(fā)給了上世紀(jì)六七十年代對復(fù)雜氣候系統(tǒng)的精準(zhǔn)研究,他們早早就表達(dá)了一個準(zhǔn)確的觀點:全球變暖將要發(fā)生,而且始作俑者是人類。哈塞爾曼獲獎后,接受采訪表示:寧愿自己沒獲獎,也不希望有全球暖化。
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