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(在復雜系統的保護傘下擠在一起)的開創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。他的工作影響了數學、生物學、神經科學、機器學習，甚至幫助解釋了數千只椋鳥的咕噥聲是如何協同行動的。

    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，對氣候科學的關注是為了向“尚未得到這個信息的世界領導人”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。”

    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移純粹是通過輻射進行的。

    二戰后離開日本，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發布了第一個將大氣和海洋聯系起來的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，他發現溫度上升了2.93℃——這一發現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，文章內容不代表本網站觀點和立場，僅供參考。