Modele meteorologiczne stanowią klucz do zrozumienia zachodzącej współcześnie zmiany klimatu. Tegoroczne nagrody Nobla dowodzą, że skomplikowany system klimatyczny Ziemi można skutecznie badać i z dużym prawdopodobieństwem prognozować jego stan w przyszłości. W uzasadnieniu wyboru zwrócono uwagę na „przełomowy wkład odkryć w nasze zrozumienie złożonych systemów fizycznych”.
Królewska Szwedzka Akademia Nauk w 2021 r. uhonorowała Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki trzech naukowców: Syukuro Manabego z Uniwersytetu Princeton w USA, Klausa Hasselmanna z hamburskiego Instytutu Meteorologii im. Maxa Plancka w Niemczech oraz Giorgia Parisiego z Uniwersytetu Sapienza w Rzymie. Połową nagrody w wysokości 10 mln koron, czyli ok. 980 tys. euro, podzielą się Manabe i Hasselmann, którzy zostali wyróżnieni za „fizyczne modelowanie klimatu Ziemi, kwantyfikację zmienności i wiarygodne przewidywanie globalnego ocieplenia”. Druga część nagrody przypadła Parisiemu „za odkrycie wzajemnego oddziaływania nieporządku i fluktuacji w układach fizycznych od skali atomowej do planetarnej”.
Syukuro Manabe jest jednym z pierwszych naukowców, który w latach 60. rozpoczął badania nad zmiennością klimatu. Był pionierem wykorzystania komputerów w analizach klimatycznych i modelowaniu. W swoich pracach wykazał, że zwiększający się poziom dwutlenku węgla w atmosferze prowadzi do wzrostu temperatury na powierzchni Ziemi. Jego odkrycia położyły podwaliny pod rozwój obecnych modeli klimatycznych.
Badania nad wpływem działalności człowieka na temperaturę Ziemi prowadził w latach 60. i 70. również Klaus Hasselmann. Jako pierwszy stworzył model łączący pogodę i klimat, dzięki czemu udowodnił, że modelowanie klimatyczne może być wiarygodne pomimo chaotycznej natury pogody.
Z kolei Giorgio Parisi od lat 80. zajmuje się kwantową teorią pola, mechaniką statystyczną i układami złożonymi. Jego odkrycia pozwoliły zrozumieć i opisać wiele różnych i pozornie całkowicie przypadkowych materiałów i zjawisk, nie tylko w fizyce, ale także w innych, bardzo różnych dziedzinach, takich jak matematyka, biologia, neuronauka i uczenie maszynowe. Parisi skupił się w swoich badaniach na tzw. szkle spinowym – materiale magnetycznym, który wykazuje lokalne uporządkowanie spinów (momentów magnetycznych), lecz nie posiada wypadkowego momentu magnetycznego. Naukowiec odkrył ukryte wzorce, które wyjaśniają to zachowanie.
„Dla Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB tegoroczna nagroda Nobla jest szczególnym wydarzeniem. To pierwszy przypadek uhonorowania tak prestiżowym wyróżnieniem „modelarza”, jak nazywają nas – specjalistów od modelowania matematycznego pogody – synoptycy. I dzieje się to w roku trzydziestolecia jubileuszu rozwoju numerycznych modeli w Polsce. Czujemy się jako środowisko docenieni, że po dekadach odkryć w tej dziedzinie, ta wyjątkowa nagroda trafiła do ludzi, którzy stworzyli podwaliny nowoczesnych modeli meteorologicznych i klimatycznych. Opracowane przez Syukuro Manabe, i współpracujące z nim zespoły, jednowymiarowy model atmosfery w równowadze radiacyjno-konwekcyjnej z dodatnim sprzężeniem zwrotnym pary wodnej oraz sprzężony model ocean-atmosfera, pozwoliły na budowę globalnego modelu cyrkulacji atmosfery. Dzięki tym modelom odkryto, że w odpowiedzi na zmianę koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze, temperatura wzrasta przy powierzchni Ziemi i w troposferze, natomiast obniża się w stratosferze. Opracowanie modelu radiacyjno-konwekcyjnego było niezwykle ważnym krokiem w kierunku stworzenia kompleksowego modelu ogólnej cyrkulacji atmosfery, którą obecnie wykorzystujemy w modelowaniu meteorologicznym i klimatycznym, a w ostatnich latach również w modelach pogody planet Układu Słonecznego, a nawet egzoplanet”. – skomentował przyznanie nagrodę prof. Mariusz Figurski, Dyrektor Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB.
Manabe, Hasselmann i Parisi wykorzystali złożoną matematykę, by wyjaśnić i przewidzieć chaotyczność sił natury w symulacjach komputerowych czyli w modelowaniu. Dzięki ich osiągnięciom, dziś jesteśmy w stanie prognozować prawdopodobne zmiany w klimacie Ziemi z kilkudziesięcioletnim wyprzedzeniem. W swoim wystąpieniu Giorgio Parisi zwrócił uwagę na „konieczność pilnych i zdecydowanych decyzji w walce ze zmianami klimatycznymi”. Podkreślił również, że „przyszłość pokoleń zależy od naszych działań tu i teraz”.
Zdjęcie główne: Jeremy Bezanger | Unsplash
