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2021年诺贝尔物理学奖授予气候学家-谈谈Klaus Hasselmann的贡献 精选

已有 4854 次阅读 2021-10-6 10:52 |系统分类:科研笔记

很多官方的页面上这么介绍两位气候学家:

Syukuro Manabe证明了大气中二氧化碳浓度的增加如何导致地球表面温度的升高。20世纪60年代,Syukuro Manabe是第一个探索辐射平衡和气团垂直输送之间相互作用的人。他的工作为气候模型的发展奠定了基础。

大约十年后,Klaus Hasselmann创建了一个将天气和气候联系在一起的模型,从而回答了为什么气候模型能够可靠,尽管天气是多变和混沌的。他还研究出了识别自然现象和人类活动在气候中留下印记的特定信号和指纹的方法。他的方法已经被用来证明大气温度的升高是由于人类排放的二氧化碳。


我估计大家如果不是搞气候的人,看了还是会有点懵。凭借个人的理解,稍微解读一下:

对于第一位,Manabe不用讲了,气候模式的鼻祖,在气候模式越来越壮大的今天,获奖没有啥争议,如果没有这个工具,气候研究目前还处于黑暗中;

对于第二位,了解的人相对少一些,因为他做的工作相对抽象,后人也并没有大批量的在应用他的模型,其引用也是很有限的。但个人觉得,他的贡献也是划时代的。早在之前,大家非常耳熟能详的Lorenz提出了著名的“混沌理论”,虽然是对天气而言的,但由此认为:气候是自主决定性的,但高度的非线性,轨迹为指数形式发散,发展为多峰的概率密度函数。在Lorenz的巨大影响下,气候研究何去何从,似乎看不到什么光明前景。就在这时,Hasselmann提出了他的随机气候模型(基于布朗运动的规律,后人称之为复杂系统模型),实际上就是统计物理,在他的模型里,他在气候系统的一些方面找到了线性解决方案,也就是说,他的观点是:气候虽然是随机的、噪声驱动的,但还是相当线性的,其轨迹朝着平均值衰减,逐渐发展为单峰的概率密度函数。虽然我们知道,这也存在不少的不确定性,但这为后来的气候研究,包括检测归因(DA),气候模式,辐射强迫,气候变化的信号分解等提供了研究基础,才有了后面的这一系列的气候与气候变化的研究发现,CO2被清晰地作为了变暖的主要元凶。

当然Hasselmann在海洋领域也是大牛,也培养了不少海洋领域的大牛如Latif等,不一一介绍。

因此,两位获奖人的最为杰出的贡献,都在于他们引领了一个研究范式的改变,而不仅仅是一个孤立的发现,所以我说他们实至名归,当之无愧。


我在2020年在科学通报的文章(李庆祥,2020),以及2021年指导本科生钱罡珍毕业论文时的文章(Qian et al,2021)就是借用了Hasselmann的思想。说来也巧,最近一篇在审文章也是利用了他的思想。审稿专家也问我,你是不是用了他的模型,我说没有用他的模型,但我用的是他的精神实质。审稿过程中,Hasselmann获得了诺贝尔奖,祝贺祝贺!


李庆祥,2020,用外部强迫因子对近百年陆地降水变化的统计建模试验,科学通报,doi:10.1360/TB-2020-0305

Qian G, Li Q*, Li C, Li H, Wang X, Dong W and P. Jones, 2021, A novel statistical decomposition of the historical change in global mean surface temperature,  Environmental Research Letters, DOI: 10.1088/1748-9326/abea34.






2021年诺贝尔奖
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