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50年前精准预言全球变暖!诺贝尔物理学奖获得者:宁愿没获奖

10月5日,2021年诺贝尔物理学奖,一半被授予美籍日裔科学家真锅淑郎(Syukuro Manabe)和德国科学家克劳斯・哈塞尔曼(Klaus Hasselmann),以表彰他们对复杂的地球气候系统进行了建模,对其气候的变化进行量化,可靠且准确地预测了气候变化。

另一半被授予给了意大利科学家乔治・帕里西(Giorgio Parisi),他发现了从原子到行星尺度的物理系统中无序和涨落之间的相互影响。

很多人说,爆冷了,没想到会这次奖项会颁给“复杂物理系统”。实际上,这个奖项的前一半可以说是颁给了“全球变暖”。目前,全球变暖正处于风口浪尖,而真锅淑郎早在50多年前精准地预见了全球变暖,他是第一个基于物理定律证明二氧化碳会影响气候的人。我们重点就来说说气候变化与诺贝尔奖。

全球变暖,早期发展历史

傅立叶

全球变暖,最早是1820年约瑟夫・傅立叶发现的。空气是透明的,傅里叶认为阳光能直接穿透空气,到达地面。但这些物质被地面吸收后会释放出“暗热物质”,意为看不见的、带有热量的物质。这些物质会被透明的空气所吸收,导致空气升温。

因此他提出如果存在地球般大小的天体,且离太阳的距离也相同的,那么它会比地球更冷,因为地球的空气有着像“毯子”一样的保温效应。

阿累尼乌斯

后来,科学在“光谱”分析上有了进展。1896年,斯万特・阿累尼乌斯解释了傅立叶所描述的“暗热物质”,其实是太阳辐射(长波)被地球表层的沙石、海洋等物质吸收后,重新向外释放出的热量(红外短波辐射)。

空气对短波辐射不太感冒,但其中的二氧化碳、甲烷、水蒸气等气体对短波辐射具有很高的吸收率。基于此他认识到这些气体增加时,披在地球上的毯子会变厚。阿累尼乌斯还计算出了早期的“毯子效应”,这是人类早期的“气候模型”。

真锅淑郎

不过,气候系统包含了大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈等等,牵一发而动全身,极为复杂。此外,如今人类的活动所属的生物圈也成了引导气候变化的主力军。100多年前,估计没有人会想到人类有一天能够改写气候,因此前路茫茫,难以预料。

除了人类因素,每个圈层也极为复杂,例如海洋温度决定着水蒸气的量,水蒸气量又决定着云滴的数量。即使到了今天科学家对此依然难以进行准确判断。

例如:海水升温,水汽增多,云也就多了,阻挡、反射阳光的效率理应增加,从而减缓全球变暖。但事实是地球正在加速变暗,地球吸收了更多太阳辐射的能量,进一步加速全球变暖。

夸张点说就是“蝴蝶效应”,一个微小的变量或许会成为气候剧变的导火索。

对于如此复杂、混沌系统,真锅淑郎在1967年发表了《给定相对湿度分布下的大气热平衡》,基于辐射传输和积云对流过程对气候系统进行抽丝剥茧,抓住了气候变化主要核心,将影响气候的重要因素联系了起来,建立了模型,并且进行量化。提出了:如果大气中二氧化碳含量增加一倍,全球平均气温就会提升2度。

到了今天,二氧化碳浓度提升了约50%,全球平均气温大约提升了1度,足以验证模型的准确性的。对于气候的不确定性,科学家们依然在想办法确定,而真锅淑郎50年前构建的量化模型,在大方向上依然有效。此外,当年的气候模型也间接促成了IPCC的成立。

克劳斯・哈塞尔曼

上世纪70年代,克劳斯・哈塞尔曼进一步构建了天气与气候相结合的模型,表明了无论天气多么变化莫测都无法撼动气候系统的大趋势。他还在气候系统找到辨别人为活动与自然现象的方法,证明了全球变暖是由人类活动造成的。

综上所述,2021年诺贝尔物理学奖颁发给了“复杂的物理系统”,其中一半颁发给了上世纪六七十年代对复杂气候系统的精准研究,他们早早就表达了一个准确的观点:全球变暖将要发生,而且始作俑者是人类。哈塞尔曼获奖后,接受采访表示:宁愿自己没获奖,也不希望有全球暖化。