2021年诺贝尔物理学奖揭晓：一半授予美籍日裔气象学家真锅淑郎（Syukuro Manabe）、德国海洋学家、气候建模师克劳斯·哈塞尔曼（Klaus Hasselmann），另一半授予意大利理论物理学家乔治·帕里西（Giorgio Parisi）。他们因对复杂现象的研究而获奖。他们为我们了解地球气候以及人类如何影响气候奠定了基础，并彻底改变了无序材料和随机过程的理论。

二氧化碳对天气的影响

地球的气候是复杂系统的众多例子之一。

大气中二氧化碳浓度的增加导致地球表面温度升高。

哈塞尔曼创建了一个将天气和气候联系起来的模型，从而回答了为何气候模型在天气多变且混沌的情况下仍然可靠的问题。他还开发了识别自然现象和人类活动在气候中留下印记的特定信号、印记的方法。他的方法已被用来证明大气温度升高是由于人类排放的二氧化碳。
温室效应对地球生命至关重要。温室效应控制着温度，因为大气中二氧化碳、甲烷、水蒸气等温室气体，首先会吸收地球的红外辐射，然后再释放所吸收的能量，将周围的空气和它下面的地面加热。
实际上，温室气体只占地球干燥大气的一小部分。大气的主要成分是氮气和氧气，它们占体积的99%，而二氧化碳仅占0.04%。最强大的温室气体是水蒸气，但我们无法控制大气中水蒸气的浓度，而我们可以控制二氧化碳的浓度。
大气中水蒸气的量高度依赖于温度，从而形成反馈机制。大气中的二氧化碳越多，温度就越高，从而使更多的水蒸气滞留在空气中，这会加剧温室效应使温度进一步升高。若二氧化碳水平下降，一些水蒸气会凝结，温度将下降。
关于二氧化碳影响的第一块重要部分来自瑞典研究人员、诺奖获得者斯万特·阿伦尼乌斯（Svante Arrhenius）。顺便一提，1901年，他的同事气象学家尼尔斯·埃克霍尔姆（Nils Ekholm）第一个用“温室”一词描述大气的热量存储与再辐射。
阿伦尼乌斯在19世纪末理解了温室效应的物理学：向外辐射与辐射体的绝对温度 (T) 的四次方 (T⁴) 成正比。辐射源温度越高，辐射的波长越短。太阳表面6000°C，主要辐射可见光，而地球表面仅15°C，会发出我们看不见的红外辐射。如果大气不吸收地球辐射，地表温度几乎不会高于–18°C。
阿伦尼乌斯实际上是在试图找出最近发现的冰河期现象的原因。他得出结论：大气中的二氧化碳含量减半将足以让地球进入一个新的冰河时代。反之，若二氧化碳量增加一倍，温度将升高5℃到6℃。这一结果在某种程度上意外地与目前的估计惊人地接近。
20世纪50年代，日本大气物理学家真锅秀郎是东京的一位年轻有才的研究人员，他离开了饱受战争摧残的日本，在美国继续其职业生涯。他的研究与70 年前阿伦尼乌斯的研究一样，目的是了解二氧化碳水平的增加如何导致温度升高。不过，阿伦尼乌斯专注于辐射平衡，而20世纪60年代，真锅秀郎领导了物理模型的开发工作，将对流引起的气团垂直输送以及水蒸气的潜热纳入其中。
为了使计算易于处理，他将模型缩小到一维——一个垂直40公里的大气层柱。即便如此，通过改变大气中的气体水平来测试模型还是花费了数百个宝贵的计算小时。氧气和氮气对地表温度的影响可忽略不计，二氧化碳的影响则明显：当二氧化碳水平翻一番时，全球温度上升超过2℃。
随着气候复杂相互作用中过程被更细致地绘制，尤其是通过卫星测量和天气观测，气候模型变得越来越精细。模型清楚地显示了加速的温室效应；自19世纪中叶以来，大气中的二氧化碳含量增加了40%。数十万年来，地球的大气层从未包含如此多的二氧化碳。温度测量表明，在过去的150年中，全球温度升高了1°C。

有哪些气体是温室气体

温室气体指的是大气层中自然存在的和由于人类活动产生的能够吸收和散发由地球表面、大气层和云层所产生的、波长在红外光谱内的辐射的气态成分。
温室气体的作用是指能使地球表面变得更暖，类似于温室截留太阳辐射，并加热温室内空气的作用。这种使地球变暖的传入和传出辐射交换被称为温室效应，因为温室的工作原理与此大致相同。入射的紫外线很容易穿过温室的玻璃墙，被室内的植物和坚硬的表面吸收。然而，较弱的红外辐射则很难通过玻璃墙传递出去，并被困在里面，使温室变暖。
地球气候环境有重大影响的是大气中的温室气体，这些气体占大气总体积混合比的0.1%以下，但由于它们能够吸收和放射辐射，在地球能量收支中起着重大的影响作用。温室气体主要包括臭氧、水蒸气、氧化亚氮、二氧化碳、甲烷、一氧化碳，以及氯化物、氯氟烃、氟化物、溴化物、醛类和各种氮氧化物、硫化物等极微量气体。
二氧化碳、甲烷等气体可以吸收地表长波辐射，与“温室”的作用非常相同，对全球气候的适变化起着非常重要的支配作用。
温室效应的产生，是因为太阳用大量的辐射轰击地球，这些辐射以可见光、紫外线、红外线和其他肉眼看不见的辐射形式撞击地球大气层。撞击地球的辐射大约有30%被云层、冰和其他反光表面反射回太空。剩下的70%则被海洋、陆地和大气吸收。
当海洋、陆地和大气吸收辐射和升温时，它们也以红外热辐射的形式释放热量，这些热量会从大气中进入太空。据美国国家航空航天局称，吸收和流出辐射之间的平衡，使地球的整体平均温度保持在大约14摄氏度。

若无“温室效应”，地球表面平均气温将是零下19℃，而非现在的零上14℃。但是，一旦大气中温室气体的浓度在短时间内出现剧烈变化，气候系统中原有的稳定和平衡就会被破坏。

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