2021年诺贝尔物理学奖揭晓!获奖者之一为“温室效应之父”

根据获奖说明,日裔美国气象学家真锅淑郎和德国气象学家克劳斯·哈塞尔曼“为地球气候的物理模型,量化的可变性以及可靠预测全球变暖”做出贡献。乔治·帕里西因发现从原子级到行星级尺度物理系统的无序性与波动之间的相互作用,而被授予2021年诺贝尔物理学奖。

2021年诺贝尔物理学奖正式揭晓!

瑞典皇家科学院5日宣布,将2021年诺贝尔物理学奖授予真锅淑郎 (Syukuro Manabe)、克劳斯·哈塞尔曼 (Klaus Hasselmann)以及乔治·帕里西 (Giorgio Parisi),以表彰他们“对我们理解复杂物理系统的开创性贡献”。

根据获奖说明,日裔美国气象学家真锅淑郎和德国气象学家克劳斯·哈塞尔曼“为地球气候的物理模型,量化的可变性以及可靠预测全球变暖”做出贡献。这两位学者已经90岁高龄。

其中,克劳斯·哈塞尔曼创造了一个将天气和气候联系在一起的模型,回答了在天气多变和混乱的背景下,这些气候模型依然可靠的原因。他还开发了识别自然现象和人类活动在气候中留下特定印记信号,即“指纹”的方法。利用这些方法,众多研究者已经证明了大气温度的升高是由于人类排放的二氧化碳。

真锅淑郎展示了大气中二氧化碳含量的增加是如何导致地球表面温度升高的,他的工作为当前气候模型的发展奠定了基础。真锅淑郎也被称为“温室效应之父”。

日经中文网报道,真锅淑郎在1960年代开发出可以根据物理定律在计算机上再现和预测整个地球的气候的数值模型。首次明确证明了大气中二氧化碳浓度对气候的影响。使国际社会的目光转向全球变暖,促成了联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的成立。

真锅淑郎不仅大幅推进了气候研究,而且还预测出二氧化碳增加导致温度上升,是预测全球变暖的先驱。

真锅淑郎1958年在东京大学获得博士学位,同时应美国国家气象局(现为美国国家海洋和大气管理局)的邀请赴美。研究使用刚刚开始普及的计算机来预测天气。开发出把大气视为从地面到天空的单个支柱,并结合暖空气上升并取代冷空气的对流效应,以及地表和空气辐射的热量进行计算的数值模型。通过用当时世界上最快的计算机进行分析,成功地再现了从地表到几十公里高度的与现实相似的大气温度分布。

真锅淑郎还进一步预测,当大气中的二氧化碳含量增至2倍时,地面温度将上升2.3度,他于1967年发布了这一成果。他的研究成果表明,二氧化碳在长期气候变化中发挥着重要作用,这成为世界范围内推动全球变暖研究的契机。

1969年,真锅淑郎开发出“大气·海洋耦合模型”。这一模型除了在全球范围内模拟大气流动之外,还考虑了从海洋中散发出的热量和水蒸气的影响。他还使这一模型进一步发展成覆盖全球的精确模型,研究了二氧化碳逐渐增加对气候的影响。上述研究成果于1989年发表在英国科学杂志《自然》上。作为世界上第一份真正意义上的全球变暖预测相关论文受到关注。

中国气象报社一篇文章亦提及,1967年的6月,真锅淑郎和理查德·韦瑟尔德在《大气科学杂志》上发表了很可能是最伟大的一篇气候科学论文《给定相对湿度分布的大气热平衡》。两位作者基本终结了关于二氧化碳是否导致全球变暖的辩论,并建立了一个数学上可靠并首次产生物理真实结果的气候模式。他们用辐射强迫——一种人类或自然变化导致地球能量平衡变化的量值——来理解气候变化的历史原因,这份工作衍生出现代气候模式的发展。

除了上述两位学者,来自意大利的物理学家乔治·帕里西(Giorgio Parisi)因发现从原子级到行星级尺度物理系统的无序性与波动之间的相互作用,而被授予2021年诺贝尔物理学奖。

帕里西曾在1999年荣获狄拉克奖章,几年前获得昂萨格奖、沃尔夫奖,这次拿到诺贝尔物理学奖,实现了大满贯。他的研究集中在量子场论、统计力学和复杂系统方面。他是近几十年来最有创造力和影响力的理论物理学家之一。

他的工作对物理科学的不同分支产生了巨大的影响,包括粒子物理、临界现象、无序系统以及优化理论和数学物理。例如,1977年,帕里西等人发现了可精确描述夸克和胶子在质子和原子核内部分布的演化方程,为在大型强子对撞机(LHC)上进行的实验做了准备和分析。

他提出了关于自旋玻璃自由能的公式,自由能是一个重要的数量,包含著这种随机能量图景的信息。

真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼将分享一半的奖金,乔治·帕里西将独享另一半的奖金。

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