Нобелевка за фундаментальную климатологию

Павел Константинов
Павел Константинов

Ни для кого не секрет, что разные области науки по-разному успешны в «нобелевском смысле». Это не хорошо и не плохо — так устроен мир, и в частности, мир последних штрихов в списках претендентов на самую успешную научную премию на планете.

И в этом плане так популярная в газетных заголовках 2021 года родная для меня климатология довольно малоуспешна — чаще всего на события Нобелевской недели метеорологи/климатологи смотрят «со стороны». Действительно, по сравнению с другими естественными науками «наше» количество полученных премий относительно невелико. Это Нобелевская премия по химии в 1995 году Полю Крутцену (Paul J. Crutzen). Это Нобелевская премия мира — 2007, присужденная в равных долях Элу Гору (Al Gore) и Межправительственной группе экспертов по изменению климата (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC). И, наконец, премия по экономике Уильяму Нордхаусу (William D. Nordhaus) 2018 года. Однако, по совести говоря, суть тех премий была не в фундаментальной части климатологии.

Сюкуро Манабе. «Википедия»
Сюкуро Манабе. «Википедия»

Тем более значителен тот факт, что первая половина премии по физике этого года наконец-то нашла своих героев и в области фундаментальной науки о климате — ее получили 90-летний профессор Принстона Сюкуро Манабе (Syukuro Manabe) и 89-летний директор-основатель Института метеорологии Общества Макса Планка Клаус Хассельман (Klaus Hasselmann) «за физическое моделирование климата Земли, количественной оценки изменчивости и надежного прогнозирования глобального потепления». Другими словами, впервые Нобелевская премия (точнее ее часть) почти напрямую присуждена за физико-математическое моделирование климатической системы.

Клаус Хассельман. «Википедия»
Клаус Хассельман. «Википедия»

Кстати, забавно, что в научной тематике премии, сочетающей элементы как детерминированного прогноза, так и прогноза хаотических систем имена лауреатов расставлены строго в порядке возрастания степени хаоса подотчетных им тем: от апологета климатического прогноза погоды (Манабе) к оценкам стохастического поведения земной системы (Хассельман) и заканчивая беспорядочностью и флуктуациям в физических системах (Паризи).

Так что же было сделано уважаемыми лауреатами и почему это действительно важно?

В принципе, о том, что прогнозировать погоду (а от нее недалеко и до климата, хотя есть и свои нюансы) с помощью математического аппарата догадывались еще в начале ХХ века. Впервые о том, чтобы применить для практических нужд одну из важнейших систем уравнений в гидродинамике — систему уравнений Навье — Стокса (получена в XIX веке) задумался английский физик, метеоролог Льюис Фрай Ричардсон (Lewis Fry Richardson), автор бессмертной Weather Prediction by Numerical Process (1922). Однако его первые опыты оказались малоуспешными как из-за недостаточной развитости вычислительной техники (в распоряжении Ричардсона были лишь операторы с арифмометрами на руках), так и из-за случайных ошибок. Вернулись к этой теме лишь в послевоенные годы, когда резкий прогресс вычислительных систем сделал последние чрезвычайно удобными для моделирования физических процессов.

И вот здесь гений Сюкуро Манабе проявился в полной мере (впрочем, как и исключительная терпеливость и кропотливость). Самые первые модели климата к этому моменту уже существовали — термобалансовая модель Будыко — Селлерса позволила оценить влияние радиационных эффектов на среднюю температуру земного шара, но это была пока еще оценка «в целом». Манабе в ходе своих экспериментов смог впервые создать двумерную модель атмосферы, в которой уже можно было изучать распределение температуры, солнечной радиации и влажности (осадков). То есть те параметры, которые дают возможность предсказывать и погоду, и климат. А главное, Манабе удалось создать хоть и примитивный, но «цифровой двойник» атмосферы, который еще и при долгих экспериментах обладал «вычислительной устойчивостью» — параметр, исключительно важный и для современных моделей.

Эволюция климатических моделей от 1970-х до начала XXI века. IPCC AR4, Chapter 1, page 99, Fig. 1.2
Эволюция климатических моделей от 1970-х до начала XXI века. IPCC AR4, Chapter 1, page 99, Fig. 1.2

Разумеется, современные модели климата сильно усложнились (см. рис.). Однако «начинка» их со временем не претерпела значительных изменений.

Михаил Будыко, выдающийся российский климатолог, академик РАН. Фото с сайта public.wmo.int

В отличие от многих теоретических работ, плодами труда нынешних лауреатов каждый может пользоваться прямо сейчас: откройте на смартфоне или планшете, с которого вы читаете этот текст, любое погодное приложение — и прогноз для вашего города будет получен с помощью гидродинамических моделей, являющихся потомками разработок Манабе и Хассельмана; захотите купить билет на самолет с компенсацией углеродного следа — и разница в цене будет связана с оценками опасности CО2 для климатической системы в том числе по их же расчетам.

Русская «Википедия» говорит, что Сюкуро Манабе вместе с Михаилом Будыко (климатологом № 1 отечественной науки, одним из авторов уже упоминавшейся термобалансовой модели климата) «на протяжении десятков лет определяли развитие климатологии».

Скорее всего, в своих работах Михаил Иванович Будыко (1920–2001), который одним из первых в ХХ веке высказал соображения об антропогенной природе современного глобального потепления, основывал свои оценки и на моделях Манабе (Manabe, 1971). К сожалению, наш отечественный гений (будучи еще и на десяток лет старше, чем его японский коллега, получивший премию в 90 лет) до своей премии не дожил, но я почему-то уверен, что в Нобелевской лекции Сюкуро Манабе найдется место и для него.

Павел Константинов,
канд. геогр. наук, доцент кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ,
двукратный лауреат (2016, 2019) премии Европейского метеорологического союза за исследования в области влияния климата на здоровье городских жителей

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

См. также:

Подписаться
Уведомление о
guest
12 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Пал Палыч
Пал Палыч
1 месяц назад

«захотите купить билет на самолет с компенсацией углеродного следа — и разница в цене будет связана с оценками опасности CО2 для климатической системы в том числе по их же расчетам.»

совершенно непонятно, какое отношение это всё имеет к физике.
дайте им по экономике, по политологии, ещё за что-нибудь.
но зачем же физику марать?

в физике следует давать премии либо за новую теорию, которая впоследствии была подтверждена экспериментом, либо за эксперимент, который подтвердил новую теорию или опроверг старую.

Но дать нобелевку за МОДЕЛЬ, которая пока что ничего не предсказала и никак не проверена… ну это как дать премию мира смуглому президенту за то, что он смуглый.
да, вполне себе в духе последних течений.

Павел Константинов
Павел Константинов
1 месяц назад
В ответ на:  Пал Палыч

«за МОДЕЛЬ, которая пока что ничего не предсказала и никак не проверена… » — это не так, и об этом написано в тексте. Двумерная модель атмосферы Манабе лежит в основе большинства прогностических моделей погоды (точность на первые сутки 95-97% — Bauer, Nature, 2015) и большинства климатических моделей климата (в эксперименте CMIP, например) , которые очень неплохо предсказывают его изменение в последние десятилетия (см картинку):

tv1.jpg
ричард
ричард
1 месяц назад
В ответ на:  Пал Палыч

«новую теорию, которая впоследствии была подтверждена экспериментом» — могут быть и псевдопредсказания. Да и вообще, задача теории — не предсказания (теория Птолемея исправно предсказывала затмения) а понять, как устроен Мiр.

Пал Палыч
Пал Палыч
1 месяц назад
В ответ на:  ричард

«Как устроен мир» мы не узнаем никогда. Но узнаём всё время больше, основываясь на экспериментах и разрабатывая теории, которые с этими экспериментами согласуются. Решающим условием здесь является то, что теория имеет предсказательную силу, а не просто «объясняющую».
Была теория Птолемея, которая много что объясняла. Но не всё.
Пришёл Галилей, купил у цыган телескоп и посмотрел наконец на небо.
Выяснилось, что нужна новая «теория».
Теория Галилея дожила аж до начала 20-го века, поскольку имела великолепную предсказательную силу.
Первый эксперимент, который с ней не согласился, был эксперимент Михельсона. Оказалось, что скорость света не складывается с другими скоростями.
Только Эйнштейн понял, что это означает и где границы принципа Галилея.
Любая теория хороша до тех пор, пока её предсказания сбываются в эксперименте.
Поэтому мы и празднуем тех, кто создал новую теорию, которая подтверждается экспериментом, и тех, кто поставил новый эксперимент, который подтвердил или опроверг ключевую теорию.

А вот с «пониманием как устроен Мiр» — это либо к философам, либо к психотерапевтам. Но точно не к науке.

ричард
ричард
1 месяц назад
В ответ на:  Пал Палыч

Замечательный комментарий. Похоже, я переоценивал роль Коперника, Кеплера, Леверье, Пуанкаре и Лоренца.

Пал Палыч
Пал Палыч
1 месяц назад
В ответ на:  ричард

прошу прощения, что не отметил несомненно выдающихся достижений отдельных товарищей.

ричард
ричард
1 месяц назад
В ответ на:  Пал Палыч

Зато вклад цыган и психотерапевтов оценили достойно.

Пал Палыч
Пал Палыч
1 месяц назад
В ответ на:  ричард

Ну из истории слова не выкинешь

Михаил Фейгельман
Михаил Фейгельман
1 месяц назад

Из текста Павла Константинова я не понял, занимались ли лауреаты разработкой методов предсказания погоды, или методов предсказания эволюции климата ? Это вроде бы довольно различные вещи. Хорошо бы пояснение на этот счет.

Павел Константинов
Павел Константинов
1 месяц назад

Уважаемый Михаил, двумерная модель атмосферы Манабе лежит в основе как современных прогнозов погоды, так и климата. Начинал он с помощью своей разработки предсказывать климат (до сих пор многие удивляются, как такая модель смогла довольно точно предсказать влияние на климат удвоения СО2 в атмосфере), но при тех мощностях компьютеров предсказывать погоду (со сравнимой на сегодня точностью) было физически не возможно.

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
1 месяц назад

Меня удивил ключевой нобелевский рисунок в файле
https://www.nobelprize.org/uploads/2021/10/popular-physicsprize2021.pdf
They found hidden patterns in the climate and in other complex phenomena.
На реальной кривой Observations отчетливо видны три участка: два крайних одинаково возрастающих и между ними неизменяющийся.
Я оцифровал кривую Observations, выделил участки цветом и привел уравнения линейной регрессии для каждого.
Похоже, нобелевская модель игнорирует, не видит первый участок и, следовательно, не является убедительной. Кроме того, модель имитирует третий участок, не выходя за его пределы, — то есть, экстраполяции нет и говорить о её какой-то предсказательной способности, по меньшей мере, преждевременно.
Привлекательность модели в её вдохновляющей вере в человечество — как  в новую геологическую силу, — об этом ещё на заре прошлого века говорил Владимир Вернадский.

nobel_prize_2021_physics_5_observations.jpg
Пал Палыч
Пал Палыч
1 месяц назад

«observations» не надо переоценивать
на самом деле, это тоже «модель», а в простонародье банальный фотошоп
эти температурные графики в последние годы многократно перерабатывали
все изменения сводились к понижению температуры в прошлом
не было ни одной коррекции, которая бы повышала прошлые температуры
всё это суровый постмодернизм и постфакты в их апофеозе

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (2 оценок, среднее: 2,00 из 5)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: