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张人禾院士:气候系统和气候变化研究获2021年诺添加时间:2022-04-06  作者:804488.com

 
 
张人禾院士:气候系统和气候变化研究获2021年诺贝尔物理学奖的启示  
 

气候系统和气候变化研究获2021年诺贝尔物理学奖的启示

张人禾1* 刘 哲2 穆 穆1 谭言科1 张 强3

1. 复旦大学 大气与海洋科学系/大气科学研究院,上海

2. 国家自然科学基金委员会 地球科学部,北京

3. 清华大学 地球系统科学系,北京

张人禾 复旦大学特聘教授,中国科学院院士,国家杰出青年科学基金获得者。主持国家自然科学基金创新研究群体项目、重大项目和国家973项目等。主要从事气候动力学研究,研究方向包括热带大尺度海气相互作用、亚洲季风、青藏高原气象学等。曾荣获国家科学技术进步奖二等奖(排名第1)、中国青年科技奖等学术奖励。发表SCI论文170余篇。

摘 要

2021年,诺贝尔物理学奖授予了大气科学领域从事气候系统和气候变化研究的美国科学家真锅淑郎和德国科学家克劳斯·哈塞尔曼。本文通过回顾获奖成果历史背景、分析获奖意义,对本次诺贝尔奖成果做了解读,说明该成果在认识地球气候这一复杂物理系统、甄别自然因素和人类活动对其影响方面的开拓性工作以及在推动人类社会发展中的重要作用,进而指出大气科学与其他自然科学和社会科学多学科的交叉融合,是推动气候系统和气候变化研究取得开创性成果的重要原因。本文还对该领域未来发展作了展望,说明了从地球系统科学的视角开展地球系统多圈层相互作用及其与人类活动联系的研究、跨圈层整合的地球观测系统的建立以及地球系统模式的发展,是气候系统和气候变化领域未来重要的研究方向。

关键词:2021年诺贝尔物理学奖;气候系统;气候变化;人类活动

2021年10月5日,瑞典皇家科学院宣布2021年诺贝尔物理学奖一半授予美国科学家真锅淑郎(Syukuro Manabe)和德国科学家克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann),另一半授予意大利科学家乔治·帕里西(Giorgio Parisi),表彰他们“对理解复杂物理系统的开创性贡献”。三位获奖人中,真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼为大气科学家,从事气候系统和气候变化研究,他们获奖的理由是“奠定了地球气候变异和人类对其影响的认知基础”和在“地球气候物理模拟、量化变异和可靠预测全球变暖”方面的卓越贡献。

这是与大气科学相关研究第4次获得诺贝尔奖。保罗·克鲁岑(Paul Jozef Crutzen)、马里奥·莫里那(Mario Molina)、舍伍德·罗兰(Sherwood Rowland)三位科学家因大气化学研究获得1995年诺贝尔化学奖,他们的开拓性贡献是对大气中的化学过程在臭氧形成和分解中的作用给出了解释。艾伯特·戈尔(Albert Arnold Gore Jr.)和联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)获得2007年诺贝尔和平奖,以表彰在增进和传播人为气候变化知识、提出消解人为气候变化对策方面的活动。威廉·诺德豪斯(William Nordhaus)因将气候变化与长期宏观经济分析的结合,获得2018年诺贝尔经济学奖。

气候变异和气候变化对人类生存环境以及经济社会发展正在发生重要影响,特别是气候变暖造成的影响已经成为人类社会发展所面临的巨大挑战,气候变化目前是各国政府和公众以及国际科技界广泛关注的问题。本文评述了2021年度两位气候学家获诺贝尔奖的原因和背景、获奖意义,也对此次诺贝尔奖的启示及该领域研究的未来发展给出了评述。

1 获奖原因和背景

地球气候是一个典型的复杂物理系统,其变化具有明显的多时间尺度和多空间尺度特征。时间尺度上主要体现在从季节内、年际、年代际到百年甚至更长尺度,空间尺度可以从局地到全球,并且各种时间和空间尺度的变化还存在相互作用。地球气候的自然变化受到气候系统五大圈层(大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈和岩石圈)的影响,海—陆—气相互作用是决定地球气候自然变化的核心。地球气候同时还受到自然和人为两类外强迫因素的影响。自然外强迫主要包括太阳辐射和火山活动,人为外强迫则主要是人类生产、生活使用化石燃料排放进入大气圈的温室气体、气溶胶等物质以及土地利用的变化。因此,地球气候是一个复杂物理系统,认识和理解这一复杂系统,是人类社会所面临的巨大挑战。

20世纪60年代中期,包括真锅淑郎在内的美国“地球物理流体动力学”国家实验室的科学家,相继建立了全球大气环流模式(AGCM)和海洋环流模式(OGCM)。由于地球气候的变异取决于海—陆—气相互作用,单独的AGCM或OGCM无法刻画地球气候及其变异。1969年,真锅淑郎首次建立了涵盖全球大气、海洋和陆面过程的一体化数学模型[1],即全球海气耦合数值模式(A-OCGCM),从此开创了人类对地球气候的多圈层耦合模拟、实现了对地球气候及其变异的量化研究。