НОБЕЛЕВСКАЯ ПРЕМИЯ ПО ФИЗИКЕ В 2021: ПРЕДСКАЗЫВАТЬ ПОГОДУ СЛОЖНО, А КЛИМАТ — ЛЕГКО
В 2021 году Нобелевскую премию по физике вручили японо-американскому пионеру компьютерного моделирования климатических изменений Сюкуро Манабэ (Syukuro Manabe) и немецкому физику, океанологу, метеорологу и климатологу Клаусу Хассельману (Klaus Hasselmann) за «физическое моделирование климата Земли, количественной оценки его изменчивости и надёжного прогнозирования глобального потепления», а также итальянскому физику-теоретику Джорджо Паризи (Giorgio Parisi) за «открытие взаимодействия беспорядка и колебаний в физических системах от атомного до планетарного масштаба». В Нобелевском комитете отметили, что открытия лауреатов этого года внесли огромный вклад в человеческое понимание сложных физических систем, что позволило провести исследования хаотических и явно случайных явлений и процессов. В 2021 году церемонии вручения не будет из-за пандемии, поэтому лауреатам выплатят сумму в 10 миллионов крон (около 83 миллионов рублей), а медали и дипломы вручат удалённо.
Содержание
Краткая история открытия парникового эффекта
Создание модели изучения климатических изменений
Усовершенствование моделей предсказания погоды и влияния людей на климат
Математическое описание сложных систем
Краткая история открытия парникового эффекта
Мир состоит из сложных систем, где происходит взаимодействие огромного количества разных частей. Они изучаются физиками столетиями, потому что их сложно описать математически. Такие системы могут иметь огромное количество компонентов, многие из которых ведут себя случайно. К тому же даже небольшие изменения значений одной составляющей могут привести к огромным последствиям для всей системы в долгосрочный перспективе. Одним из примеров подобной сложной системы является климат Земли. И как это не удивительно, но разбираться с такими явлениями учёные начали совсем недавно, ведь раньше у них даже не было инструментов для этого. Лишь в 1820-х годах Жозеф Фурье во время разработки «Аналитической теории тепла» начал применять аналитический метод разложения функций. Он представлял неизвестную функцию нескольких переменных в виде произведения нескольких функций одной переменной (периодические ряды Фурье). В итоге эта работа сильно повлияла на математику, физику и анализ, что приблизило человечество к пониманию сложных систем.
Нобелевская премия по физике в 2021: предсказывать погоду сложно, а климат — легко
Жозеф Фурье
Более того, Фурье во время этой работы изучал энергетический баланс между солнечным излучением, направленным на Землю, и обратным излучением от планеты. На поверхности Земли поступающее солнечное излучение преобразуется в исходящее, которое поглощается атмосферой, нагревая её (явление теперь называется парниковым эффектом). Это влияет на климат планеты в глобальных масштабах. В то же время в атмосфере происходит много других процессов. Поэтому, когда речь заходит о предсказании погоды, где нужно описать большое количество метеорологических величин (температура, осадки, скорость и направление ветра, облачность и так далее), учёным приходится учитывать не только текущие показатели, которые могут меняться случайно, но и средние значения, стандартные отклонения, самые высокие и самые низкие измеренные значения, и многое другое.
