作者:韩扬眉 来源:中国科学报 发布时间:2024/9/27 8:23:14
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50多年前,他为何能精准预测气候变暖

 


《气候变暖与人类未来》,[美]真锅淑郎、安东尼·J.布罗科利著,魏科、郭晨昦等译,浙江教育出版社2024年8月出版,定价:109.9元

■本报记者韩扬眉

“近几年这样的热搜频频出现:连续数月气温创历史新高;今年是最热的一年;2024年,出现了63年来最热三伏天……难道每年都‘最热’吗?”

“未来你很有可能每年都会听到类似的说法——‘今年是最热的一年’。”

面对记者的提问,中国科学院大气物理研究所研究员魏科的回答幽默中带着严肃。

今天,公众大多知道了全球变暖背后的罪魁祸首是温室气体,也切身感受到天气一年比一年热。但在三四十年前,二氧化碳浓度增加导致气温升高的预测还不被大多数科学家认可。50多年前就得出“二氧化碳翻一倍,气候升高2.4℃”的日裔美籍科学家真锅淑郎,直到2021年他90岁那年才因此获得诺贝尔物理学奖。

为什么我们的地球会变暖,为什么二氧化碳浓度的增加是全球气候变化的主因,真锅淑郎是如何量化预测的?近日,国内引进出版了《气候变暖与人类未来》一书,该书源自真锅淑郎在美国普林斯顿大学讲授研究生课程时的讲稿,其中对气候变暖问题进行了详细阐述。

靠天赋、靠高效率的科学家

90岁才获得诺贝尔奖的真锅淑郎并非是大器晚成的科学家,实际上,量化预测气候变暖是他30多岁时做出的成果。“他是思维非常敏锐的科学家,靠的是高效率。”在《气候变暖与人类未来》的序言中,中国科学院院士吴国雄这样评价真锅淑郎。

吴国雄认为科学家有两种类型:一种是很勤奋的科学家,一天工作十几个小时;一种是依靠天赋和思维敏锐度的科学家。真锅淑郎就属于后一种。1989到1991年,吴国雄以高级访问教授的身份在美国普林斯顿大学访问,真锅淑郎是当时负责联系与合作的顾问。两人经常在一起吃饭,吃完饭会从校园到食堂散步一段路。吴国雄说真锅淑郎几乎每天下午都要游泳和跑步,生活非常有规律,花在运动和生活上的时间不少。

在普林斯顿大学,几乎每周有一次学术报告,真锅淑郎都会参加。每次真锅淑郎都坐在第一排,斜靠着椅背,有时候闭着眼睛,看着像在睡觉但实际上不是,因为他睁开眼睛问问题的时机非常精准。“此时往往是普林斯顿大学学术讨论的高潮和精华。”吴国雄说。

“生活中的真锅淑郎更像是武侠小说里的‘老顽童’,风趣幽默又纯真开朗,给大家带来了很多快乐。”本书的译者之一魏科说,“朋友圈里流传着他的一则逸事,据说退休后,他不喜欢别人寄信过来打扰自己,就做了一个刻有‘已逝’(Deceased)的图章,把来信盖章退回。可以想见收到退信的人是多么哭笑不得。”

极简模型实现“最复杂”的预测

真锅淑郎获得诺贝尔物理学奖的原因是“为地球气候进行物理建模,量化其可变性并可靠地预测全球变暖”。在上世纪60年代,真锅淑郎是如何做到的?他将全球气候变化这一极其复杂的过程用简单的方法处理,在有限的计算条件下,把整个地球大气简化为一个18层的“单柱模式”。

魏科解释到,在地面上只有一个点,向上伸展到平流层高层,垂直分为18层,仅考虑太阳辐射、长波辐射、向上热通量、对流的垂直输送过程。这种极致的简化抓住了地球能量平衡的主要过程,即从太阳获得短波辐射,再通过长波辐射和各种热量输送过程,将能量传输到全球,最终达到地气系统的能量收支平衡状态。

二氧化碳致气温升高的过程,就是通过吸收地面发射的长波辐射,像被子一样盖住地面,使得地球无法释放长波辐射能量,从而导致底层大气变暖。

真锅淑郎用三组模拟实验进行验证,在300ppmv的标准二氧化碳浓度条件下,地表温度为15℃,与全球平均地表温度观测值相近。随着大气二氧化碳浓度翻倍至600ppmv,不仅地表温度升高了2.4℃,而且整个对流层温度都升高了。相反,当二氧化碳浓度从300ppmv减半至150ppmv时,地表温度降低了 2.3℃。这是国际上首次定量评估了二氧化碳对全球变暖的贡献。

吴国雄指出,现在的气候模式基本上出自真锅淑郎最早提出的理论。“只是现在的模式不只是单柱的,还受到平流过程的影响,虽有差异,但总体结果与真锅淑郎早期的单柱模式非常接近。”

有趣的是,真锅淑郎建立18层“单柱模式”前后,全球气象学家有过一场争论——从当时的测量数据看,从上世纪50年代到70年代,二氧化碳在稳定增加,但气温在下降,这无法解释“二氧化碳导致温室效应”,甚至有人说地球即将进入“冰期”。

“不过,这个说法很快就不攻自破了。全球工业化突飞猛进,人类活动排放到大气中的二氧化碳、甲烷等温室气体数量多且速度快,关于气候变化的评估报告和研究,很快让人们意识到气候正在变暖。”魏科说。如今半个多世纪过去了,全球气候变暖的事实证明了真锅淑郎的理论。

行动更重要

真锅淑郎的这本书并非详尽综述气候动力学和气候变化方面的文献,而是把重点放在其参与以及影响他思想形成的研究上,让读者了解这段理解气候变化背后的科学之旅。

本书的译者之一、中国科学院大气物理研究所郭晨昦说:“如果能源生产活动没有明显改变,在21世纪,全球平均气温预计会再升高2至3℃。这将带来更多的极端天气和灾害,干旱地区将更干旱,水多的地区河流流量和洪水发生频率将增加。”

世界充满了不确定性,但科学家预测到一个潜在的确定事实。作为捕捉气候变暖“真凶”的“猎手”,2021年,在普林斯顿召开的诺贝尔奖新闻发布会上,真锅淑郎意味深长地说:“制定气候政策往往比做出气候预测困难1000倍。”

在魏科看来,全球气候变暖已经成为一个不争的事实。“留给人类可以‘浪费’的时间已不多了。希望真锅淑郎这本书能为那些对过去气候如何变化、为什么变化以及未来将如何变化感到好奇的人带来启发。”

《中国科学报》(2024-09-27第3版读书)
 
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