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慕容复目光在几人身上一扫而过那两个作道士打扮的老者应该是泰山派玉音子和玉磬子中年文士是衡山派的代掌门鲁连英中年美妇自不必说正是有过一面之缘的宁中则天气预报总是测不准那气候变化是怎么预测的2021-11-08 19:39·中科院物理所今年10月公布的诺贝尔物理学奖第一次将目光投向了与人类命运息息相关的气候变化11月3日在上海举行的世界顶尖科学家碳大会：气候变化与生物多样性论坛上来自不同领域的顶尖科学家们一致认为气候是道综合题气候变化伤害的不仅仅是生物多样性还可能诱发更多疾病传播甚至导致人类社会经济秩序大变动环球同此凉热应对气候变化这一全球性挑战迫切需要汇聚全人类的智慧探求科学的解决之道但事实上气候这一议题实在过于宏大我们目前甚至连天气预报都预测不准该如何去预测气候变化呢今天就来聊一聊11月1日第四届世界顶尖科学家论坛在上海滴水湖畔开幕包括68位诺贝尔奖得主在内的最强大脑们齐聚一堂共议当今世界面临的全球性挑战图源：世界顶尖科学家论坛领域专家们探究气候变化和生物多样性损失的原因评估不同项目的有效性并为政策制定者提供实质性数据以应对气候变化带来的打击事实上建立气候模式构建物理模型是研究地球气候的重中之重这些能够为气候预测奠定科学基础但在此之前我们得先解决两大关键难题：如何读懂变幻莫测的天气数据如何量化人类对气候的影响天气是个典型的混沌系统我们首先厘清天气和气候两个概念两者存在细微不同天气是指一定区域一定时间内大气中发生的各种气象变化如温度、湿度、气压、降水、风、云等的情况而气候是长时间内气象要素和天气现象的平均或统计状态时间尺度为月、季、年、数年到数百年以上图源：pixabay地球天气变化巨大是因为太阳辐射在地理上和时间上的分布十分不均匀由于地球是圆的地球的地轴又是倾斜的所以在空间上到达高纬度地区的太阳光比到达赤道附近低纬度地区的太阳光要少而在时间上太阳光的不均匀辐射产生了季节性差异温度的差异造成了冷暖空气之间的密度比从而导致了不同纬度之间、海洋和陆地之间、高低气团之间的巨大热量传输从而形成了我们地球上的天气天气的波动是非常不稳定的而且幅度很大而气候相对来说要稳定得多幅度也比天气小得多气候模式由天气预测模型发展而来这是建立在物理定律的基础上的天气是一个典型的混沌系统它介于有序与无序之间短期看它是随机的长期看又在一定范围里波动理论上我们当然可以建立能够预测未来数十年、甚至数百年的可靠气候模式但是天气的波动往往会造成计算误差的无限放大在1980 年前后今年诺贝尔物理奖得主之一克劳斯·哈塞尔曼成功地找出了将天气和气候联系在一起的方法他提出了如何将不断变化的混沌天气现象描述为快速变化的噪音从而为进行长期气候预测奠定了坚实的科学基础此外他还提出了一些证明人类对全球温度造成的影响的方法前不久瑞典皇家科学院公布了诺奖名单决定将2021年的诺贝尔物理学奖授予美国籍科学家真锅淑郎、德国科学家克劳斯·哈塞尔曼和意大利科学家乔治·帕里西真锅淑郎与克劳斯·哈塞尔曼共同获得了一半的诺贝尔物理学奖获奖理由是：建立了地球气候的物理模型能够量化变化情况、以及可靠预测全球变暖图源：诺奖官网读懂充满噪声的天气数据事实上我们可以把从充满噪声的天气数据中建立气候模型比作遛狗：狗有时会挣脱牵引绳有时会跑在你前面、后面或与你并肩前行有时则会绕着你的腿跑你能从狗的运动轨迹中看出你是在走路还是站立不动吗或者能看出你是在快步行走还是小步慢走吗图源：pixabay狗的运动轨迹就像天气变化你的行进轨迹就像通过计算得出的气候我们能否用这些混乱的、充满噪声的天气数据总结出气候的长期趋势呢影响气候变化的情况极易发生变化在今年的拉尼娜事件发生之前我们就发现了副热带高压的异常要知道中东赤道太平洋的平均海温只要上升0.5℃就会对气候变化产生影响气候模式准确的关键在于要将快速的天气变化作为噪声整合进对气候的计算中并体现出这些噪声对气候的影响克劳斯·哈塞尔曼创造了一套随机气候模式将这些变化的可能性都整合进了模式中灵感来自爱因斯坦的布朗运动理论他利用这项理论说明大气的快速变化其实可以导致海洋的缓慢变化在完成气候变化模型之后克劳斯·哈塞尔曼又开发了识别人类对气候系统影响的方法他发现这些模型连同观测结果和理论结果都包含了对于噪声和信号特性的充分信息例如太阳辐射、火山颗粒或温室气体水平的变化都会留下独特的信号、指纹而且这些信号可以被分离出来这种识别指纹的方法也可以应用于人类对气候系统的影响克劳斯·哈塞尔曼因此为进一步的气候变化研究铺平了道路通过大量的独立观测这些研究展示了人类对气候影响的大量痕迹随着气候系统中复杂相互作用的过程被更彻底地绘制出来尤其是有了卫星测量和天气观测的帮助气候模型变得越来越完善这些模型清楚地显示出温室效应正在加速：自 19 世纪中期以来大气中的二氧化碳含量增加了 40%地球的大气已经有几十万年没有如此多的二氧化碳了相应地温度测量显示在过去 150 年里地球温度上升了 1 ℃温室效应：气候研究的重要课题随着极端天气的日趋频繁全球气候变暖一次次被提及气候变暖与地球大气层的一大重要机制温室效应有关1896年诺贝尔化学奖获得者斯万特·阿伦尼乌斯（Svante Arrhenius）发表了对于大气中的二氧化碳对地球温度的影响的论文第一次关注到了温室效应可以说是当之无愧的气候科学研究的先行者大气能使太阳短波辐射到达地面但地表受热后向外放出的大量长波热辐射线却被大气吸收这样就使地表与低层大气温度增高因其作用类似于栽培农作物的温室故称之为温室效应大气中的温室气体 —— 二氧化碳、甲烷、水蒸气和其他气体 —— 会首先吸收地球的红外辐射然后释放其吸收到的能量加热周围和下方的空气从而造成气温上升温室气体实际上只占地球干燥大气的一小部分二氧化碳仅占 0.04%其中 99% 都为氮气和氧气最强大的温室气体是水蒸气但我们无法控制大气中水蒸气的浓度而二氧化碳的浓度则是可以控制的大气中的水蒸气含量极大地依赖温度进而得以形成反馈机制大气中的二氧化碳越多温度越高空气中的水蒸气含量也就越高从而增加温室效应导致温度进一步升高如果二氧化碳含量水平下降部分水蒸气会凝结温度也随之下降万事皆有度温室效应对地球上的生命至关重要因为它控制着温度温室效应的加剧造成了地球生态环境的破坏愈演愈烈的话很可能会出现某些灾难性的后果因此量化温室效应成为了气候变化研究的另一重要难题量化温室效应不易从傅立叶手中递来的接力棒大家可能会觉得温室效应该很容易理解但要量化温室效应的各种因子是非常困难的早在200年前法国物理学家约瑟夫·傅里叶对短波辐射和长波辐射之间的能量平衡展开了研究虽然弄清了地球大气在这一平衡中扮演的角色但实际上大气中的辐射过程远比这复杂得多图源：sohu.com气象学家延续了多年前傅里叶的工作——弄清向地球发来的短波太阳辐射与地球向外发出的长波红外辐射之间的平衡关系傅立叶之后研究辐射能在地球大气中的传输和转换过程就逐渐变成了一门学科——大气辐射传输学它是气象学和大气物理学中一个较为古老的分支近年来又获得新的发展大气辐射传输学的理论基础建立在分子光谱学和电磁波传播理论之上其实同光学和波动学非常接近从气象学和大气科学发展的初始阶段起大气辐射及传输的研究就占据了重要地位因为辐射过程是影响气候和大气环流的一个基本因子60年代之后红外、激光、微波等大气遥感技术特别是气象卫星遥感和大型电子计算机的应用极大地促进了大气辐射传输学的理论和实验研究20 世纪 50 年代日本大气物理学家真锅淑郎研究的目的就是为了理解二氧化碳水平的增加如何导致气温的上升他不仅关注了大气辐射的平衡还领导了与大气辐射相关的物理模式的发展将对流造成的气团垂直输送以及水蒸气的潜热纳入其中简单地说前人是比较静态地考虑大气辐射平衡但他则开创性地将天气变化的变量纳入到气候模式里使得最后得到的科学结论更接近于现实情况真锅淑郎是第一个探索辐射平衡与对流引起的气团垂直输送之间相互作用的科学家同时他还考虑到了水循环贡献的热量来自地面的红外热辐射部分被大气吸收使空气和地面变暖而另外一些则辐射到太空热空气比冷空气轻所以它通过对流上升热空气还携带着水蒸气（也是一种强大的温室气体）空气越暖水蒸气的浓度就越高再往上到大气较冷的地方会形成云滴释放储存在水蒸气中的潜热他和克劳斯·哈塞尔曼的模型证实了这种升温确实是由二氧化碳浓度增加导致的；还预测了靠近地面的温度上升而上层大气的温度变低如果太阳辐射的变化是温度升高的原因那么整个大气应该在同一时间被加热近年来大气辐射传输学突飞猛进的另一个重要原因是气候研究的发展这里所说的气候研究不是传统的描述和统计气候学也不是一般的动力气候而是现代的物理气候学研究例如人类活动对未来气候环境影响的研究及全球变化中的气候研究等一个最突出的例子是对于二氧化碳和其他微量气体诱导气候效应的研究在此类研究中大气辐射传输具有极大的重要性真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼为人类作出了巨大贡献为我们了解地球气候提供了坚实的科学基础这些气候模型的结果是非常明确的——地球确实正在变暖大气中温室气体含量增加导致了地球变暖人类活动所排放的气体就是气温升高的原因尾声在天文和航天领域我们已经能够非常精确地预测飞船发射后何时将与空间站完成交会对接但在天气预报上仍然会有如此多的不确定可能有人会问难道预报地球上的副热带高压比预报地球之外的英仙座流星雨还难吗事实上飞船发射、星球运行和天气气候确实都被同样的自然定律支配但天气气候要复杂得多蝴蝶效应对天气预报的影响远远大于预测哈雷彗星近似准确的输入得出近似准确的输出这在很多科学领域是基本成立的但是在气象科学却是需要非常谨慎地对待人类对类似于气候这种复杂系统的了解仍在非常初步的状态霍金说过我认为21世纪将是复杂性的世纪相信未来会有更多科学家投身于这个领域复杂系统的面纱一定会慢慢揭开（本文部分参考了瑞典皇家科学院对2021年诺贝尔物理学奖的通俗科学背景解读）来源：上海科技馆编辑：荔枝果冻

夏国相当即会意急忙说道公子尽可放心小的一定把此事办得妥妥当当不管王爷暗中有什么手脚小的都会提前禀报给公子依孩子爷爷放假就让回我们家度假啥兴趣班也不报不让孩子累着放假就是玩好吃好把老师留的假期作业做好就行了