对人类引起的气候变化的原因和迹象以及对混乱的物理系统(在复杂系统的保护伞下挤在一起)的开创性建模工作获得了今年的诺贝尔物理学奖。一半的奖金授予了普林斯顿大学的万部幸浩和马克斯·普朗克气象研究所(MPI-M)的克劳斯·哈塞尔曼，因为他们展示了尽管天气变化无常，计算机模型可以对地球大气中不断上升的二氧化碳(CO2)的变暖效应做出具体的预测，并指出人类活动是罪魁祸首。

    另一半奖励给罗马大学的乔治·帕里西，他发明了一种方法来理解某些磁性合金中的混沌原子行为。尽管材料的行为有很大的变化，帕里西表明，识别潜在的模式是可能的。他的工作影响了数学、生物学、神经科学、机器学习，甚至帮助解释了数千只椋鸟的咕哝声是如何协同行动的。

    斯德哥尔摩大学(Stockholm University)物理学家、诺贝尔物理学委员会(Nobel Committee for Physics)主席托尔斯·汉斯·汉森(Thors Hans Hansson)在今天上午的公告中说，对气候科学的关注是为了向“尚未得到这个信息的世界领导人”传递一个信息。“我们要说的是，气候模型是基于物理理论和著名物理学的坚实基础。”

    马纳贝和哈塞尔曼的获奖让气候科学家们感到高兴。巴黎索邦大学(Sorbonne University)法国国家科学研究中心(CNRS)的气候科学家桑德琳•博尼(Sandrine Bony)说:“气候是物理学学科的一部分，这是一个了不起的认识，早就应该研究了。”MPI-M的气候科学家比约恩·史蒂文斯(Bjorn Stevens)说:“首先，这是个了不起的消息。其次，他们选择了完美的候选人。”

    科学家们早就知道，地球是由于太阳光线照射表面而变暖的，而大气向太空发射红外光而变冷的，地球的温度是由这两种效应的平衡决定的。大气中的二氧化碳吸收了部分红外光，降低了冷却的效率，并扭曲了平衡，导致全球气温升高。早在19世纪90年代，瑞典物理学家Svante Arrhenius就曾试图预测二氧化碳上升对全球变暖的影响。然而，早期的尝试过于简单，因为他们认为从一层大气到下一层的能量转移纯粹是通过辐射进行的。

    二战后离开日本，在普林斯顿地球物理流体动力学实验室工作的万部幸子，为这个问题注入了一个关键的物理学元素:对流。任何小学生都知道，在大气中，热空气上升，冷空气下降，这种气流也传输能量。史蒂文斯说，Manabe知道，如果不解释这种现象，就无法理解大气。“真是天才的一击。”

    在1967年的一项具有里程碑意义的研究中，Manabe将大气的复杂性简化为一个40公里高的空气柱的简单1D模型，这仍然需要在当时最基本的计算机上运行数百小时。该模型显示，当二氧化碳浓度仅为百万分之百时，就会对气候产生深远的影响。如果二氧化碳浓度从目前的300ppm增加一倍到600ppm，全球气温将上升2.3℃。

    1975年，Manabe发布了第一个将大气和海洋联系起来的3D气候模型。海洋从大气中吸收热量和二氧化碳，并能将它们储存几个世纪，因此这种交换对于任何长期的气候建模都是至关重要的。当Manabe使用该模型进行同样的二氧化碳倍增实验时，他发现温度上升了2.93℃——这一发现与当今高性能计算机模型给出的答案非常相似。“这真的很神奇，”博尼说。“这真的显示了对气候如何运作的物理理解的力量。”

原文链接：http://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，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。