河北 玄友珍

2021 年接近尾聲，回首過去的一年，有太多的記憶留存在我們的腦海，然而極端天氣所造成的影響應(yīng)該是為數(shù)不多的深刻印象之一。2021 年10 月，我國應(yīng)急管理部曾發(fā)布信息稱，今年前三季度，我國自然災(zāi)害形勢復(fù)雜嚴峻，極端天氣事件多發(fā)。自然災(zāi)害以洪澇、冰雹、干旱、臺風、地震和地質(zhì)災(zāi)害為主，低溫冷凍和雪災(zāi)、沙塵暴、森林草原火災(zāi)和海洋災(zāi)害等也有不同程度發(fā)生。7 月，鄭州連降暴雨，接著殃及河南??；10 月，山西省也因強降雨引發(fā)洪澇災(zāi)害等。其實，不僅我國極端天氣增多，放眼全球，也是如此。

今年夏季，美國西部絕大部分地區(qū)都處于熱浪籠罩之下。熱浪讓空氣和地面變得極度干旱，引發(fā)了加州史上最大的火災(zāi)。根據(jù)加州消防局的記錄，該州史上最嚴重的10 起火災(zāi)中，有6 起發(fā)生在2020 年和2021 年。這表明，極端天氣正讓災(zāi)害發(fā)生頻率越來越高，危害也越來越大。在歐洲，致命洪水剛剛退去，野火又開始肆虐。30年來最嚴重的熱浪席卷了希臘，45°C 的高溫，讓希臘人引以為豪的珍稀原始森林變成了易燃易爆的“火藥桶”。就連常年被寒冷籠罩的一些地區(qū)也在承受熱浪侵襲。據(jù)英國《衛(wèi)報》報道，西伯利亞東部的雅庫特是俄羅斯最寒冷的地區(qū)之一，延續(xù)數(shù)周的野火已讓該地區(qū)340 萬公頃的凍土層化為焦土。

2021年10月5日，瑞典皇家科學院宣布將2021 年諾貝爾物理學獎授予真鍋淑郎（Syukuro Manabe）、克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）和喬治·帕里西（Giorgio Parisi），以表彰他們對混亂和明顯隨機現(xiàn)象的研究，對我們理解復(fù)雜物理系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻。

為什么將極端天氣和2021 年諾貝爾物理學獎放在一起呢？二者有緊密聯(lián)系。今年的諾貝爾物理學獎獲獎項目是描述和預(yù)測復(fù)雜系統(tǒng)長期行為的新方法。而造成極端天氣的大氣系統(tǒng)正是復(fù)雜系統(tǒng)的一種。正是由于這些科學家們長期、嚴謹、堅持不懈地研究，才得以通過科學、系統(tǒng)的方法對全球氣候變化做出預(yù)警。而近些年的實際情況也不斷驗證了科學家這一理論體系的正確。

對于人類活動與氣候變化的關(guān)聯(lián)，嚴謹?shù)目茖W家們往往使用保守措辭。但在聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）8月9 日發(fā)布的第六次氣候變化評估報告中，數(shù)百名頂級科學家史無前例地一致指出，人類活動與氣候危機之間有著“毫無疑問”的聯(lián)系。全球氣候正在發(fā)生廣泛而快速的變化，其中有些變化是不可逆的。

這份報告是多國科學家近十年的研究成果。報告指出，人類活動已導(dǎo)致全球氣溫比前工業(yè)時代上升了1°C，現(xiàn)在正迅速逼近1.5°C——這是《巴黎氣候協(xié)議》制定的氣候警戒線。即便全球碳排放量從今天開始大幅下降，氣溫增幅仍然會一路突破1.5°C 大關(guān)，過段時間才會停止攀升，掉頭下行。

氣候數(shù)值的細微波動，對全世界造成的影響也是重大的。自20 世紀50 年代以來，熱浪和暴雨變得越來越頻繁，強度也不斷突破極值，影響了歐洲、北美、非洲和亞洲大部分地區(qū)；過去每10 年發(fā)生一次的干旱，現(xiàn)在增加了70%；颶風發(fā)生的次數(shù)增加了66%。未來還會更糟。以熱浪為例，過去每50 年發(fā)生一次的極端熱浪，如今每10年就會發(fā)生一次；如果氣溫增幅達1.5°C，10 年的周期會縮短為5 年；如果氣溫增幅超過4°C，那么，人類每15 個月就會經(jīng)歷一次過去一輩子才經(jīng)歷一兩次的氣候噩夢。氣候變化造成的影響遠不止熱浪——它讓冰川加速融化，抬高了海平面，降低了海水的酸堿值和含氧量；它加劇了區(qū)域內(nèi)水循環(huán)，帶來更猛烈的降雨和更嚴重的干旱。

IPCC 強而有力的結(jié)論并非空中樓閣，而是基于一場伴隨著無數(shù)質(zhì)疑的科學接力。IPCC 是一個有著四千多名共同作者、評審專家、組織人員的科學機構(gòu)。該機構(gòu)的核心——全球范圍內(nèi)的頂尖科學家們，負責評審和評估海量的氣候變化研究，形成一份關(guān)于氣候變化的龐大報告。IPCC 讓越來越多的人共同認識到人類活動和全球變暖之間的關(guān)聯(lián)。20 世紀80 年代，全球變暖似乎只是一個有趣的假設(shè)。而20 世紀90 年代，IPCC 的一系列科學報告則提供了更為有力的證據(jù)支持。

距第一次IPCC 報告發(fā)布，已過去多年，而霍頓等科學家們也已向人類社會吶喊、預(yù)警多年——氣候變化會改變并威脅地球上絕大多數(shù)人的生活，加劇資源競爭，激化國家內(nèi)部和國家之間的矛盾，造成更多的暴力沖突甚至戰(zhàn)爭。他們的依據(jù)，來自于科學共同體在氣象觀測、物理機制、模式模擬等方面所做的巨大努力。

大氣物理學家真鍋淑郎和克勞斯·哈塞爾曼就是因為“對地球氣候的物理建模、量化可變性和可靠地預(yù)測全球變暖”，為我們了解地球氣候以及人類如何影響地球氣候奠定了基礎(chǔ)而共同獲得2021 年諾貝爾物理學獎的一半。喬治·帕里西則因發(fā)現(xiàn)了從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)中無序和漲落的相互作用，對無序材料和隨機過程理論做出的革命性貢獻而得到2021 年諾貝爾物理學獎的另一半。

復(fù)雜系統(tǒng)是一種普遍的存在，但具有隨機性和紊亂的特點，因而非常難以理解。比如地震預(yù)測、癌癥治療等與我們息息相關(guān)的難題，科學家也經(jīng)?！笆譄o策”，為什么？很大程度上是因為它們都屬于復(fù)雜系統(tǒng)。還有，比如空氣，在大尺度上就成了天氣，而天氣非常富于變化。流動的水和其他液體也屬于復(fù)雜系統(tǒng)，很難去具體、詳細地描述。這次獎項的創(chuàng)新之處就是獲獎人成功地將復(fù)雜系統(tǒng)納入到物理學的框架中，能夠用物理方法來描述正在發(fā)生的事，以及這些事如何隨著時間的推移而發(fā)展。

早在20 世紀60 年代，真鍋淑郎就跟合作者們共同開發(fā)了有史以來第一個氣候的物理模型。他們預(yù)測，如果空氣中的二氧化碳含量翻倍，那么全球氣溫就要升高。這也是我們最近一百年來看到的情況。哈塞爾曼則考慮了更多細節(jié)，把一些不確定因素加進來，以保證模擬結(jié)果是正確的，在科學上是可信的。后者還開發(fā)了可以直接觀察的“指紋”，比如由人為原因?qū)е碌亩趸寂欧?。他們的工作讓我們在最近十年里確信，關(guān)于全球變暖的預(yù)測在科學上是正確的。

“今年獲獎的研究表明，我們關(guān)于氣候的知識，是基于對觀測的嚴格分析，建立在堅實的科學基礎(chǔ)之上的。”諾貝爾物理學委員會主席托爾斯·漢斯·漢森（Thors Hans Hansson）說。

真鍋淑郎的研究表面看起來是研究氣候變暖，但其內(nèi)核也和復(fù)雜系統(tǒng)相關(guān)。喬治·帕里西的工作涉及量子場論和復(fù)雜系統(tǒng)等物理前沿理論。他在無序材料和隨機現(xiàn)象理論中的相關(guān)發(fā)現(xiàn)，對深入理解復(fù)雜系統(tǒng)的特性和演化均具有革命性貢獻。這位著名的意大利理論物理學家在統(tǒng)計物理無序系統(tǒng)領(lǐng)域和粒子物理領(lǐng)域中都做出了突出的貢獻。帕里西此前已經(jīng)獲得了除諾貝爾獎之外幾乎所有重要的理論物理大獎。20 世紀80 年代，在無序的復(fù)雜材料中，喬治·帕里西發(fā)現(xiàn)了隱藏模式，這一發(fā)現(xiàn)是復(fù)雜系統(tǒng)理論最重要的貢獻之一。這使人類理解和描述不同的、表面看起來完全隨機的材料和現(xiàn)象成為可能，其貢獻不僅在物理學上，也體現(xiàn)在數(shù)學、生物學、神經(jīng)科學和機器學習上，并且和氣候模型相關(guān)。

“為了我們的后代，我們現(xiàn)在必須快速行動起來！”這句話來自2021 年諾貝爾物理學獎得主喬治·帕里西。