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海洋专家解读2021年诺贝尔物理学奖
来源:中国自然资源报 发布时间:2021-10-21 [打印本页] [关闭窗口]

10月5日,瑞典皇家科学院宣布,将2021年诺贝尔物理学奖授予三名科学家。其中,两位科学家——真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼,因“对地球气候进行物理建模,量化可变性,并可靠地预测了全球变暖”而获奖。近日,海洋生态学家柴扉接受本报记者采访,对今年诺贝尔物理学奖颁给大气与海洋领域科学家作出了解读。

可靠预测全球变暖

据介绍,人类对地球气候的研究可以追溯到19世纪。关于全球变暖的科学历史,一般从1827年傅里叶提出地球大气具有温室效应开始讲起。1861年,丁达尔发现并不是所有大气成分都具有温室效应。量子力学建立后,帮助人们理解气体分子吸收谱,这为精确计算辐射传输奠定了基础。而计算机的发展,则为快速计算辐射传输和气候模式的发展提供了可能。

但是,真正可以量化气候变化以及可靠地预测气候变暖的数值模式,一直等到真锅淑郎的研究成果出现才实现。真锅淑郎在20世纪60年代领导了地球气候物理模型的开发,展示了大气中二氧化碳含量的增加如何导致地球表面温度升高。从1965年的一维模式,一直到20世纪70年代三维模式;三维模式又从“平板海洋”的气候模式,发展到“动力海洋”的海—气耦合模式。这些数值模式,是联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)评估气候变化和未来气候预估的重要工具。

克劳斯·哈塞尔曼则建立了一个将天气和气候联系在一起的模型,很好地解释了在天气多变且复杂的情况下,气候模型依然可靠的原因。他以创造性的方法,识别自然现象和人类活动在气候中分别留下的“指纹”信号,并以此证明了大气温度升高是人类排放二氧化碳造成的。

真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼的研究成果为“了解地球气候及人类如何影响它”奠定了基础。

气候变化研究离不开海洋

柴扉介绍,真锅淑郎的成果,融合了大气物理、物理海洋、古气候等多学科研究。克劳斯·哈塞尔曼的研究也从物理海洋到气候变化。可以说,气候的变化离不开海洋,其研究也离不开对海洋的探索。

气候模型的建立属于物理学中的复杂系统研究。“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀,可以导致一个月后得克萨斯州的一场龙卷风。”组委会颁奖时候提到了蝴蝶效应。

“就像我们不可能追踪每一滴水,来预测洋流的变化一样。模型的建立,需要科学家找出变化趋势,删繁就简,抓住主要的物理过程,进行有效模拟和预测。”柴扉解释,模型,就是这样一个具有前瞻性的工具。

气候变化的研究离不开海洋,气候变化也对海洋产生着重大的影响。

最新的一份IPCC报告《气候变化2021:自然科学基础》及决策者摘要中,就有“全球持续变暖……百年至千年时间尺度上,海平面上升等变化不可逆转”等判断。

“海洋领域几乎所有重大科学进展都与观测密切相关。物理海洋研究中,紧密的结合观测和模拟更为重要。模拟是有效研究复杂系统,预测未来的不可或缺的工具。”柴扉说。

“垃圾堆里找宝藏”的精神

“一直以来,一些人对搞数值模拟的人有偏见。有一句调侃:‘garbage in garbage out’(‘垃圾进垃圾出’)。因为大量的复杂模型结果,是没有很清晰意义的。”柴扉说,“而真锅淑郎的研究,正是‘从垃圾堆里找出了宝藏’。”

柴扉曾于1987年到美国普林斯顿大学学习,接触到真锅淑郎。他的平易近人,对大自然很多现象的兴趣,以及渊博的专业知识都给柴扉留下深刻印象。

2004年,时任缅因大学教授的柴扉,邀请真锅淑郎到校进行学术交流。空闲时间,柴扉曾陪真锅淑郎到校园附近的沼泽地公园散步。走了近5公里的木栈道和森林小路,真锅淑郎关注的是,在冰川消失了之后,在过去的1万年中这里的气候是如何变化的,以及湿地埋藏二氧化碳的能力,仔细观察着植被、鸟类和其他生物的栖息环境。

“那一年真锅淑郎73岁。今年获得诺奖,他已经90岁了。”柴扉说,几十年中,他认识的真锅淑郎似乎没有什么变化,谦虚,真实,热情,充满好奇心。

2006年,克劳斯·哈塞尔曼也在接受采访时说,一路走来,从物理,到海洋,再到气候变化,完全是出于对人类社会生存环境的关心与兴趣。

从中,科学家们的科学精神或可窥豹一斑。 (安海燕)