Det mest indflydelsesrige klimavidenskabelige papir nogensinde

Efter anden verdenskrig, mange af Japans klogeste videnskabsmænd fandt job i nordamerikanske laboratorier. Syukuro (Suki) Manabe, en 27-årig fysiker, var en del af dette hjerneflugt. Han arbejdede på vejrudsigter, men forlod Japan i 1958 for at deltage i et nyt forskningsprojekt fra US Weather Service for at udvikle en numerisk model, der kunne bruges til at studere klimaet.

Arbejder sammen med Joseph Smagorinsky, Geophysical Fluid Dynamics Laboratorys visionære første direktør, Manabe førte et team af computerprogrammører til at tilføje manglende fysik til laboratoriets vejrmodel. Selv de bedste computere i verden på det tidspunkt var langt mindre kraftfulde end nutidens mobiltelefoner. Så for at få modellen til at virke, Manabe havde brug for at gøre fysikken så enkel som muligt. Dette betød at lave en række kodningstilnærmelser for at kvantificere, hvordan luften udvekslede varme og vanddamp med jorden, hav og is.

Denne klimamodeludvikling - den første af sin slags - var et ambitiøst 20-årigt projekt, der i sidste ende skaffede Manabe en andel af 2021 Nobelprisen i fysik. Nøglepapiret kom midtvejs gennem denne periode:Manabe og Wetherald (1967).

Manabe er typisk beskeden med hensyn til intentionerne bag værket og ved at læse dets titel, "Atmosfærens termiske ligevægt med en given fordeling af relativ fugtighed", du kan blive tilgivet for at tro, at det kunne være lidt kedeligt. Men Nobelkomiteen, mig selv og de hundredvis af kolleger rundt om i verden, der har kåret det til det mest indflydelsesrige klimavidenskabelige papir nogensinde, ville bede om at afvige.

I forsøget på at forenkle koden, Manabe og hans kollega Richard Wetherald ønskede at kende det mindste antal diskrete niveauer, der skulle bruges i hans modelatmosfære. De ønskede også at vide, hvilke drivhusgasser det var nødvendigt at inkludere i modellen for på passende vis at repræsentere den måde, temperaturer varierer med højden, da disse gasser absorberer varme, der udsendes fra jordens overflade, men på forskellige niveauer. Deres tredimensionelle klimamodel var for computerkrævende til at køre disse modeltests, så de måtte bygge en enklere endimensionel model. De ønskede at simulere, hvordan stråling og skyer interagerer for at omfordele varme og vanddamp gennem atmosfæren.

Størstedelen af ​​papiret beskæftiger sig med at bygge den simple model og udføre disse tests. Men de laver også to andre eksperimenter i papiret for at kvantificere, hvordan drivhusgasser kan ændre klimaet. Og det var her, gennembruddet fandt sted:de fandt ud af, at de havde bygget den perfekte model til nøjagtigt at vurdere, hvordan menneskelige aktiviteter kunne ændre Jordens overfladetemperatur.

Deres første klimaforandringseksperiment var ikke at se på kuldioxidens rolle, men skulle se på virkningerne af vanddamp injiceret højt ind i stratosfæren fra en potentiel flåde af supersoniske jetfly, da denne og en mulig atomvinter var tidens umiddelbare bekymringer. Imidlertid, deres tabel 5 går over i historien som det første robuste skøn over, hvor meget verden ville blive varmet op, hvis kuldioxidkoncentrationerne blev fordoblet. Manabe og Wetherald estimerede 2,36 ℃ opvarmning, ikke langt fra dagens bedste estimat på 3℃.

Tidligere forsøg på at estimere opvarmningen fra stigninger i kuldioxid var faldet, da videnskabsmænd kæmpede for at finde ud af, hvordan vanddamp, den vigtigste drivhusgas i atmosfæren, ville reagere, mens Jorden blev varmet. Manabe og Wetheralds simple model kunne præcist omfordele vanddamp på en måde, som rigtige dybe skyer gør, med vanddamp bredt stigende i koncentration op til et vist fugtighedsniveau. Denne stigning viste sig at forstærke opvarmningen fra kuldioxid med omkring 75 %. Dette estimat for vanddampfeedback har også bestået tidens prøve.

Manabe, samarbejder med forskellige kolleger, fortsatte med at skrive mange flere banebrydende klimamodelleringsartikler. Han lagde grundlaget for nutidens globale klimamodelleringsindsats. Fysikken var forbløffende enkel, så hans modeller kunne køre på disse tidlige computere. Endnu, ved at være enkel, resultaterne kunne forstås og testes. Hans anvendelse af disse simple modeller på nutidens presserende problemer var indsigtsfuld.

Efter at have afsluttet en grad i fysik for over 30 år siden, Jeg valgte en karriere inden for atmosfærisk videnskab frem for partikelfysik. Jeg var altid bekymret for, hvordan min anvendte fysik blev set af almindelige fysikkolleger. Med en Nobelpris i fysik under vores disciplins bælte, det giver mig og klimamodelleringskolleger den troværdighed og anerkendelse, vi har længtes efter:klimavidenskab er ægte videnskab.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.