海洋专家解读2021年诺贝尔物理学奖

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。(i自然全媒体)