Нобелевскую награду по физике присудили за изучение климата и сложных систем

«За новаторский вклад в наше понимание сложных физических систем» – с такой формулировкой две из трех Нобелевских премий по физике в этом году получили климатологи. Разобраться в сути исследований Сюкуро Манабе и Клауса Хассельмана нам помогли климатологи Института географии РАН Владимир Семенов и Павел Торопов.

«Климатология, в отличие от метеорологии, которая изначально развивалась как физическая дисциплина, до середины прошлого столетия не могла преодолеть описательный этап, – говорит Павел Торопов. – Использовались простейшие физические закономерности, например, связь климата с притоком солнечной энергии к земной атмосфере. С таким подходом говорить о климатическом прогнозе невозможно. При этом науки о Земле бурно развивались. Первым идею о «парниковом эффекте» в 20-х годах 19 века высказал французский физик Жозеф Фурье, а более 50 лет назад советский климатолог и геофизик Михаил Будыко обоснованно предположил, что «парниковый эффект» не просто существует, а в значительной степени определяется деятельностью человека. При том, что в те годы уже существовали модели численного прогноза погоды, на орбите «крутились» метеоспутники, а моря бороздили «суда погоды», описать изменения климата с помощью математической модели никто не мог, – продолжает ученый. – Заслуга американо-японского геофизика Сюкуро Манабе как раз в том, что он со своей командой создал первую численную модель, наиболее полно описывающую физическое взаимодействие атмосферы и океана как единой системы. В ней было учтено все: процессы переноса солнечного излучения, тепло- и влагооборота, атмосферная и океаническая циркуляции. По современным меркам модель Манабе была достаточно простой, но в то время – наиболее физически обоснованной. И главное – она была успешно реализована на суперкомпьютерах».

«Результаты по климату, которые мы имеем сейчас, на чем основано Парижское соглашение и до этого Киотский протокол, все выводы экспертов о причине современных, прошлых и будущих изменений климата основаны на моделях климата, и Сюкуро Манабе внес в развитие этих моделей очень существенный результат», – говорит заведующий лабораторией климатологии Института географии РАН, заместитель директора Института физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН Владимир Семенов.

Ключевая работа Сюкуро Манабе – численный эксперимент с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере по сравнению с доиндустриальным уровнем. Цикл соответствующих статей был опубликован в ведущих геофизических журналах в середине 70-х годов 20 века и вызвал настоящую революцию. Именно эти работы дали прочное обоснование того, что эмиссия парниковых газов может кардинально поменять климат Земли. По расчетам Манабе, сильнее всего потепление должно ударить по арктическим широтам, и это блестяще подтверждается данными измерений в наши дни.

Весомый вклад в развитие теоретической климатологии внес второй лауреат – Клаус Хассельман. Он филигранно применил к климатической системе теорию случайных процессов, а также первым развивал идею совместного моделирования климата и экономики. «Он очень много сделал не только для климатической науки, – говорит Владимир Семенов. – В основе исследований волнений морских волн лежит его уравнение, полученное еще в 60-х годах 20 века, и оно используется всеми. Это всесторонне развитый ученый, один из сильнейших физиков-теоретиков в мире».

Сегодняшняя деятельность Межправительственной группы по изменениям климата (МГЭИК/IPCC) – во многом заслуга первых численных экспериментов Сюкуро Манабе и достижений Клауса Хассельмана. «Современные климатические модели называют уже моделями земной системы – они включают в себя не только атмосферу и океан, но и оледенение, почву, биосферу и углеродный цикл, озера, – отмечает Павел Торопов. – Огромное количество экспериментов посвящено не только климатическому прогнозу, но и реконструкциям климатов прошлого, в котором можно найти ключ к пониманию того, что ожидает планету в будущем».

Вручение Нобелевской премии пройдет 10 декабря в Стокгольме. Напомним, что в 2020 году награда по физике была вручена Роджеру Пенроузу, Рейнхарду Гензелю и Андреа Гез за исследование космоса, в том числе черных дыр, и обнаружение супермассивного компактного объекта в центре галактики.

11/10/2021 - 10:00