海洋專(zhuān)家解讀2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

10月5日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予三名科學(xué)家。其中，兩位科學(xué)家——真鍋淑郎和克勞斯·哈塞爾曼，因“對(duì)地球氣候進(jìn)行物理建模，量化可變性，并可靠地預(yù)測(cè)了全球變暖”而獲獎(jiǎng)。近日，海洋生態(tài)學(xué)家柴扉對(duì)今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給大氣與海洋領(lǐng)域科學(xué)家作出了解讀。

可靠預(yù)測(cè)全球變暖

據(jù)介紹，人類(lèi)對(duì)地球氣候的研究可以追溯到19世紀(jì)。關(guān)于全球變暖的科學(xué)歷史，一般從1827年傅里葉提出地球大氣具有溫室效應(yīng)開(kāi)始講起。1861年，丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)并不是所有大氣成分都具有溫室效應(yīng)。量子力學(xué)建立后，幫助人們理解氣體分子吸收譜，這為精確計(jì)算輻射傳輸?shù)於嘶A(chǔ)。而計(jì)算機(jī)的發(fā)展，則為快速計(jì)算輻射傳輸和氣候模式的發(fā)展提供了可能。

但是，真正可以量化氣候變化以及可靠地預(yù)測(cè)氣候變暖的數(shù)值模式，一直等到真鍋淑郎的研究成果出現(xiàn)才實(shí)現(xiàn)。真鍋淑郎在20世紀(jì)60年代領(lǐng)導(dǎo)了地球氣候物理模型的開(kāi)發(fā)，展示了大氣中二氧化碳含量的增加如何導(dǎo)致地球表面溫度升高。從1965年的一維模式，一直到20世紀(jì)70年代三維模式；三維模式又從“平板海洋”的氣候模式，發(fā)展到“動(dòng)力海洋”的海—?dú)怦詈夏Ｊ健＿@些數(shù)值模式，是聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）評(píng)估氣候變化和未來(lái)氣候預(yù)估的重要工具。

克勞斯·哈塞爾曼則建立了一個(gè)將天氣和氣候聯(lián)系在一起的模型，很好地解釋了在天氣多變且復(fù)雜的情況下，氣候模型依然可靠的原因。他以創(chuàng)造性的方法，識(shí)別自然現(xiàn)象和人類(lèi)活動(dòng)在氣候中分別留下的“指紋”信號(hào)，并以此證明了大氣溫度升高是人類(lèi)排放二氧化碳造成的。

真鍋淑郎和克勞斯·哈塞爾曼的研究成果為“了解地球氣候及人類(lèi)如何影響它”奠定了基礎(chǔ)。

氣候變化研究離不開(kāi)海洋

柴扉介紹，真鍋淑郎的成果，融合了大氣物理、物理海洋、古氣候等多學(xué)科研究。克勞斯·哈塞爾曼的研究也從物理海洋到氣候變化。可以說(shuō)，氣候的變化離不開(kāi)海洋，其研究也離不開(kāi)對(duì)海洋的探索。

氣候模型的建立屬于物理學(xué)中的復(fù)雜系統(tǒng)研究。“一只蝴蝶在巴西輕拍翅膀，可以導(dǎo)致一個(gè)月后得克薩斯州的一場(chǎng)龍卷風(fēng)。”組委會(huì)頒獎(jiǎng)時(shí)候提到了蝴蝶效應(yīng)。“就像我們不可能追蹤每一滴水，來(lái)預(yù)測(cè)洋流的變化一樣。模型的建立，需要科學(xué)家找出變化趨勢(shì)，刪繁就簡(jiǎn)，抓住主要的物理過(guò)程，進(jìn)行有效模擬和預(yù)測(cè)。”柴扉解釋?zhuān)Ｐ停褪沁@樣一個(gè)具有前瞻性的工具。

氣候變化的研究離不開(kāi)海洋，氣候變化也對(duì)海洋產(chǎn)生著重大的影響。

最新的一份IPCC報(bào)告《氣候變化2021：自然科學(xué)基礎(chǔ)》及決策者摘要中，就有“全球持續(xù)變暖……百年至千年時(shí)間尺度上，海平面上升等變化不可逆轉(zhuǎn)”等判斷。

“海洋領(lǐng)域幾乎所有重大科學(xué)進(jìn)展都與觀(guān)測(cè)密切相關(guān)。物理海洋研究中，緊密的結(jié)合觀(guān)測(cè)和模擬更為重要。模擬是有效研究復(fù)雜系統(tǒng)，預(yù)測(cè)未來(lái)的不可或缺的工具。”柴扉說(shuō)。

“垃圾堆里找寶藏”的精神

“一直以來(lái)，一些人對(duì)搞數(shù)值模擬的人有偏見(jiàn)。有一句調(diào)侃：‘garbage in garbage out’（‘垃圾進(jìn)垃圾出’）。因?yàn)榇罅康膹?fù)雜模型結(jié)果，是沒(méi)有很清晰意義的。”柴扉說(shuō)，“而真鍋淑郎的研究，正是‘從垃圾堆里找出了寶藏’。”

柴扉曾于1987年到美國(guó)普林斯頓大學(xué)學(xué)習(xí)，接觸到真鍋淑郎。他的平易近人，對(duì)大自然很多現(xiàn)象的興趣，以及淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)都給柴扉留下深刻印象。

2004年，時(shí)任緬因大學(xué)教授的柴扉，邀請(qǐng)真鍋淑郎到校進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。空閑時(shí)間，柴扉曾陪真鍋淑郎到校園附近的沼澤地公園散步。走了近5公里的木棧道和森林小路，真鍋淑郎關(guān)注的是，在冰川消失了之后，在過(guò)去的1萬(wàn)年中這里的氣候是如何變化的，以及濕地埋藏二氧化碳的能力，仔細(xì)觀(guān)察著植被、鳥(niǎo)類(lèi)和其他生物的棲息環(huán)境。

“那一年真鍋淑郎73歲。今年獲得諾獎(jiǎng)，他已經(jīng)90歲了。”柴扉說(shuō)，幾十年中，他認(rèn)識(shí)的真鍋淑郎似乎沒(méi)有什么變化，謙虛，真實(shí)，熱情，充滿(mǎn)好奇心。2006年，克勞斯·哈塞爾曼也在接受采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，一路走來(lái)，從物理，到海洋，再到氣候變化完全是出于對(duì)人類(lèi)社會(huì)生存環(huán)境的關(guān)心與興趣。從中，科學(xué)家們的科學(xué)精神或可窺豹一斑。(i自然全媒體)