读特专稿 | 今年诺贝尔物理学奖为何让环保学者兴奋不已?我们请南科大教授讲清楚了这些问题

刘俊国

2021-10-06 08:54

 

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)和乔治·帕里西(Giorgio Parisi),以表彰他们“对于理解复杂系统做出的突破性贡献”。


 

10月5日,在瑞典斯德哥尔摩举行的2021年诺贝尔物理学奖公布现场,屏幕上显示奖项得主真锅淑郎(左)、克劳斯·哈塞尔曼(中)和乔治·帕里西的照片。(新华社发,魏学超摄)


有趣的是,三位获奖人都是欧洲科学院(Academia Europaea)院士。真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼因为预测了全球气候变化而分享了此次诺贝尔物理学奖的一半,诺贝尔奖委员会给他们的颁奖词为“建立了地球气候物理模型,量化气候变化并可靠预测了全球变暖”。真锅淑郎与克劳斯·哈塞尔曼都曾是IPCC(政府间气候变化专门委员会)评估报告主要作者。乔治·帕里西则获得了诺贝尔奖的另一半,他的颁奖词为“发现了从原子到行星尺度物理系统中无序和波动的互动关系”。


气候变化是环保领域关注的热点。无怪乎在诺贝尔物理学奖揭晓之际,很多环保人士难掩兴奋之情,他们调侃说今年的诺贝尔物理学奖颁给了环保学者。《自然》期刊也第一时间在其主页发表新闻《复杂系统的气候模型家与理论家共享诺贝尔物理学奖》(Climate modellers and theorist of complex systems share physics Nobel),并重点介绍了获奖者的突破性贡献——“模拟地球气候与全球变暖”。


今年的诺贝尔物理学奖,让从事环境保护和气候变化的人士大为振奋。兴奋之余,很多人也可能会问,今年几位学者因何而获奖?环保领域学者曾获过诺奖吗?未来还有哪些方向有机会冲击诺奖?针对这些问题,南方科技大学环境科学与工程学院讲席教授刘俊国与读特用户分享一些自己的感悟和观点。

 

三位学者因何获奖?

真锅淑郎是日裔美国科学家,出生于1931年。他最大的贡献是揭示了大气中二氧化碳含量增加会导致地球表面温度上升


真锅淑郎已经90岁了,得知自己获奖,老先生满脸笑容 | Twitter:@Princeton

根据Google Scholar信息,真锅淑郎发表文章的总引次数为36888次(2021年10月5号查询),其中有10篇文章单篇引用超过1000次,这在环境领域算非常高的引用了。这些高引文章中主要有两个关键词:climate change(气候变化)和hydrologic cycle (水文循环)。他获奖的代表作也在这些高引文章中。

上世纪60年代,真锅淑郎领导了气候模型的开发,并且是第一个探索辐射平衡与气团垂直输送之间相互作用的人。他的工作为当前气候模型的发展奠定了基础。他与其合作者首次提出了一个简化模型,将大气抽象为“一维单柱”,利用这一模型,真锅淑郎分析了大气的辐射-对流平衡模式,并在模型中考虑了水蒸气正反馈效应。他们发现随着大气中二氧化碳升高,全球地表温度呈现上升趋势。之后真锅淑郎进一步考虑水文、大气、海洋等因素影响,开发了气候模型,并用于全球气候变化模拟。

 

克劳斯·哈塞尔曼是德国马克斯·普朗克气象研究所的教授,今年也已经89岁了 | Twitter:@NobelPrize

克劳斯·哈塞尔曼是德国科学家,出生于1931年,曾担任马克斯·普朗克研究所气象研究所创始主任。他是欧洲气候论坛(现为全球气候论坛)的创始人,多年担任全球气候论坛副主席。

克劳斯·哈塞尔曼是一位杰出的物理学家,但本次获奖的主要原因是他提出了描述气候变化的随机气候模型。他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在天气多变且混乱情况下仍然可靠的问题。他还开发了识别特定信号、“指纹 ”的方法,这些方法已被用来证明大气温度升高是由人类过度排放的二氧化碳所致。

 

乔治·帕里西是罗马大学的教授,今年73岁 | Twitter:@NobelPrize

乔治·帕里西是意大利科学家,出生于1948年。他是一位杰出的物理学家,获奖的原因主要是他在无序的复杂材料中发现了隐藏的模式。但乔治·帕里西也曾作为共同作者发表文章,在一个高度简化的零维的气候模型中研究了随机扰动所带来的放大效应。

因此,今年诺贝尔物理学奖既是对伟大物理学家的奖励,同时也是对环保领域学者开展气候变化取得突破性进展的充分肯定。环保界人士大为振奋就不足为奇了。世界气象组织秘书长塔拉斯在日内瓦指出,这次物理学奖显示“气候科学受到了高度重视,且理应受到高度重视”。

环保领域经常获诺奖吗?

环保领域是全球关注的重点领域。尤其是气候变化、水安全、粮食安全、生态修复、生物多样性保护等,已成为全球关注的焦点。在这种大背景下,尽管诺贝尔奖没有专门设置环保奖项,环保领域专家或机构获诺贝尔奖也时有发生。2020年诺贝尔和平奖颁给了世界粮食计划署,以表彰其在消除饥饿、推动世界和平方面所做出的杰出贡献。2018年,诺贝尔经济学奖颁给保罗·罗默和威廉·诺德豪斯,以表彰二人在创新、气候和经济增长方面研究的杰出贡献。2007年,诺贝尔和平奖颁给政府间气候变化专门委员会(IPCC)与阿尔·戈尔,以表彰他们在传播气候变化知识所付出的努力及在寻找抵御气候变化所采取的措施方面所作出的贡献。1995年,保罗·约瑟夫·克鲁岑由于证明了氮氧化物会加速平流层中保护地球不受太阳紫外线辐射的臭氧的分解而与马里奥·莫利纳、弗兰克·舍伍德·罗兰共同获得1995年诺贝尔化学奖。

随着全球环境问题日益突出,以及全世界环保意识进一步增强,环保领域学者或机构有望会有更多机会获得诺贝尔奖

本次获奖会促进双碳目标的讨论吗?

气候变化已成为与我们日常生活息息相关的事情。今年8月,IPCC发布了第六次气候评估第一工作组报告。报告指出,人类影响的气候变化已经造成全球每个区域的许多气象和气候极端事件,包括热浪、特大暴雨、干旱和热带风暴等极端事件。气候变化已经影响到了我们生活的方方面面。尤其是很多极端事件等灾害的发生都与气候变化密切相关。

IPCC报告同时指出,人类活动导致气候变暖的结论是明确的。气候变化的主要原因是人类活动向大气排放温室气体,导致全球变暖。我国高度重视气候变化应对工作。2020年9月22日,习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话提出中国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。我国正式向全世界宣布了双碳目标。今年我国两会期间,碳达峰碳中和成为热门话题。今年3月12日,《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》发布,文本中16处提到“碳”。 3月15日,习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议并发表重要讲话强调,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局。

碳达峰碳中和是我国当前的一项重大政治任务,体现了我国作为负责任大国应对全球气候变化的责任担当。双碳目标也将促使我国开展一场系统性革命,为绿色高质量发展提供了宝贵的契机。今年的诺贝尔物理学奖颁给了在气候变化领域做出突破性工作的学者,也会进一步促进我国在双碳目标方面的热烈讨论,对于我国实现双碳目标能产生一定的积极效果

水资源会成为全球关注新热点吗?

IPCC向来对水资源研究相当重视。在第一工作组和第二工作组都专门设置了水文循环和水资源章节。当前全球20-40亿人口面临水资源短缺问题,48亿人口面临水安全威胁。因此,水资源危机也被2020年世界经济论坛认为是“全球最大的社会风险”,会直接影响国家安全

作为IPCC第六次评估报告主要作者,我重点参与了第二工作组第四章“水资源”的工作,也是这个章节我国的唯一代表。今年9月,第一届全国碳中和与绿色发展大会在深圳召开。我有幸被邀参会并作了特邀主旨报告。汇报的题目是“碳中和与水红线的协同与权衡”。 我在报告时强调,碳达峰碳中和是生态文明建设的重要内容;水安全及水资源控制红线也是生态文明建设的重要内容,是我国的重大战略需求。实现碳达峰碳中和会减小碳足迹,但可能会增加水足迹;植树造林是增加碳汇的重要途径,但会减少干旱区水资源量。因此碳中和与水红线/水中和的协同与权衡将是一个重大科学问题,值得科学界更多的关注。

兴水利、除水害,事关人类生存、经济发展、社会进步,历来是治国安邦的大事。党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央高度重视治水工作。习近平总书记明确提出“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的新时期水利工作方针。2021年全国水利工作会议也明确指出,“十四五”时期要以国家水网建设为核心,系统实施水利工程补短板。因此,保障水资源安全与应对气候变化,都是我国重大战略需求,需要科学家开展更多的研究,也需要公众更密切的关注。

有意思的是,美国前总统肯尼迪曾经说过一句话,任何人如果能够解决全球水的问题,都应该获颁两项诺贝尔奖,一项是科学奖,一项是和平奖。让我们期待,诺贝尔奖委员会未来会向水文水资源学者伸出“橄榄枝”。


编辑:刁瑜文

海报设计:平安琪

策划统筹:刁瑜文

审读:刘春生

审核:陈建中 詹婉容

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