▲10月5日，美国普林斯顿，诺贝尔奖获得者真锅淑郎出席新闻发布会 图/视觉中国
“研究气候变化很难，但远不如政治难，气候变化不光是气候，还有能源、水利、农业等，太难了。”
文 / 特约撰稿 魏科（中国科学院大气物理研究所）
北京时间10月5日下午5点30分，2021年诺贝尔物理学奖评选结果揭晓，三位获奖者中两位是气象学家，分别是日裔美国科学家真锅淑郎（Syukuro Manabe）和德国科学家克劳斯·哈塞尔曼（Klaus Hasselmann）。另一半诺贝尔物理学奖由73 岁的乔治·帕里西( Giorgio Parisi)获得。
生于1931年的真锅淑郎今年90岁。5日清晨，他家收到诺贝尔传媒首席科学官亚当·史密斯(Adam Smith)博士的来电，是夫人真锅信子（Nobuko Manabe）接通的，真锅淑郎显然非常意外，在说了三个“yeah？”之后，表示“从没想过自己会因为长期从事的工作而获得诺贝尔物理学奖”。
不仅真锅先生感到意外，整个科学界都很意外。诺贝尔奖并无气象奖，只有物理、化学、生理学或医学奖、和平奖、文学奖和经济学奖，气象学家只能通过其他领域拿到诺贝尔奖。例如，1995年，气象学家保罗·克鲁岑、 马里奥·莫利纳、弗兰克·罗兰获得诺贝尔化学奖；2007年，联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，缩写为IPCC）获得诺贝尔和平奖；2018年经济学奖授予了将气候变化因子纳入经济模型的威廉·诺德豪斯（William D.Nordhaus），2021年诺贝尔奖再次垂青于气象领域。
▲10月5日，在瑞典斯德哥尔摩举行的2021年诺贝尔物理学奖公布现场，屏幕上显示奖项得主真锅淑郎（左）、克劳斯·哈塞尔曼（中）和乔治·帕里西的照片 图 / 新华社，魏学超摄
气候变化科学基础奠基人
气象学最早产生于地理学科，然而，自20世纪初挪威学派引入锋面理论和大气运动方程组、1940年代芝加哥学派大气波动理论崛起之后，气象学彻底独立，成为一门建立在数学、物理和化学基础上的科学。而后，随着20世纪50年代数值预报和数值模拟开始发展，60年代气象学家洛伦茨（Edward Norton Lorenz）提出混沌理论，以及大气污染、臭氧洞和全球变暖等环境问题的发现，大气科学发展成为一个综合性并具有全球影响力的学科。
21世纪以来，全球变暖问题日益严峻。2021年8月9日，IPCC发布第六次气候变化评估报告（IPCC AR6）第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》。根据这份评估报告，过去20年（2001-2020年），全球表面温度要比基准值（1850-1900年）高1.09℃；其中，陆地增温的幅度是1.59℃，远高于海洋0.88℃的增温幅度。IPCC报告首次使用了确定无疑的语言：“毫无疑问，人类的影响使大气、海洋和陆地变暖。大气、海洋、冰冻圈和生物圈都发生了广泛而快速的变化。”
联合国和全球科学界之所以能够如此笃定地确认正在发生的气候变化，其科学基础在上世纪60年代早已奠定，而奠基人正是2021年诺贝尔物理学奖获得者真锅淑郎。
▲会议桌正面相向的一排与会人物左二为诺奖得主之一的真锅淑郎，背面一排左二为本文作者 图/魏科提供
真锅淑郎本科和研究生阶段就读于日本东京大学，研究生阶段的导师为日本著名气象学家正野重方教授。正野是著名科学家，组织学生、研究助理和日本气象厅相关研究人员成立了一个数值天气预报小组（“东京NWP小组”）。这个小组活跃而充满激情，定期讨论相关问题，整个1950年代一直活跃在日本数值预报领域的最前沿，孕育了岸保勘三郎(Kanzaburo Gambo)、笠原秋良(Akira Kasahara)、荒川昭夫(Akio Arakawa)和真锅淑郎(Syukuro Manabe)等多位数值预报专家。1960年的国际数值预报大会在东京召开，从此，日本数值预报界与国际彻底接轨。
1958年，真锅淑郎博士毕业，收到气象学家约瑟夫·斯马戈林斯基（Joseph Smagorinsky）的邀请函来到美国工作。斯马戈林斯基当时正主导美国数值预报，是一位传奇人物，为最早亲身参与1950年ENIAC数值试验的学者之一。1955年，美国气象局（1970年并入新成立的NOAA）成立了大气环流研究部(GCRS，1963改名为GFDL，1968年迁至普林斯顿大学)，由斯马戈林斯基直接领导。1955-1956年，斯马戈林斯基与约翰·冯·诺伊曼（John von Neumann）、朱尔·格雷戈里·查尼（Jule Gregory Charney）和诺曼·A·菲利浦斯(Norman A. Phillips)合作，发展出两层半球模式。真锅淑郎加入后很快开发出9层半球原始方程模式。1961年，海洋模式专家柯克·布赖恩（Kirk Bryan）加入，这使得GFDL于1970年代就发展出全球首个海气耦合模式。
▲Kirk Bryan（左）、真锅淑郎（中）和Joseph Smagorinsky（1924–2005) 是气候模式的开拓者，GFDL在Smagorinsky的领导下，1961年，引进海洋模式专家Kirk Bryan加入，从而使得GFDL的模式在1970年代就成为耦合的海气模式 图/GFDL
斯马戈林斯基是真锅淑郞的伯乐，他摒弃战后国际合作的仇外心理，给予真锅百分之百的支持。斯马戈林斯基还给真锅招募了很多编程人员，使后者能够全身心投入到科学方面的思考中，特别是很多物理过程的模式表达，而不需要过度参与模式代码编写。2021年，在普林斯顿召开的诺贝尔奖新闻发布会上，真锅忍不住感慨，“我可以在研究中做任何事。我的上司很慷慨，让我做任何我喜欢做的事情。”
真锅淑郎全身心投入到模式研究中，对很多物理过程在数值模式中的表达，做了大量创新性工作。他最早发展对流调整方案，对辐射传输和积云对流过程进行高度抽象和简化，以抓住其主要的物理核心。同时，他也是最早用数值模式来研究“如果大气中的二氧化碳含量翻倍，全球气温具体升温多少”问题的人。
根据他当时的模式计算，当全球二氧化碳翻番的时候，全球温度约升高2.36°C，而平流层温度则会降低，在30KM高度降温约5°C，40KM高度降温约10°C。尽管现在看来当时的模式要简单得多，但是其估算的数值非常接近目前高度复杂数值模式的估算结果。例如，2021年8月9日IPCC 第六次气候变化评估（IPCC AR6）给出的二氧化碳翻番的全球增温数值范围为2.5°C-4°C，最佳估计是3℃，之前的第五次气候变化评估报告（IPCC AR6）给出的评估范围是1.5°C-4.5℃，这些都与真锅在50年前的估算基本一致。
上世纪70年代，真锅首次估算了未来的全球变暖幅度。他估计，从1970年代到2000年，全球温度将增加约0.57℃,实际全球温度增加了0.54℃；他估算了1900-2000年的100年里，全球温度增加幅度为0.8℃，这与实际值（0.72℃）非常接近。
▲70年代，真锅淑郎估算从1900到2000的100年里，全球温度增加幅度为0.8℃（图中红色线），这与实际值（黑色线，20世纪增加0.72℃）非常接近，真锅估算数据来自于《The Dependence of Atmospheric Temperature on the Concentration of Carbon Dioxide》
“乔丹”和“老顽童”
1960年代中期以后，斯马戈林斯基的精力更多地转移到世界气象组织（WMO）下属的全球大气研究计划(Global Atmospheric Research Program,GARP)的规划中，给予真锅足够的经费和充分的研究自由，这使得真锅成为GFDL模式研究方面实际意义上的领军人物。此后的三十余年，直到1998年从GFDL退休，真锅成为世界上领导模式发展时间最长、最富有进取精神的领袖。
▲真锅淑郎与Joseph Smagorinsky一起研究气候问题 图/GFDL
GFDL的资深科学家德尔沃斯·托马斯（Tom Delworth，真锅的学生）把真锅比作气候研究领域的迈克尔·乔丹。乔丹把美国，甚至全球篮球水平和篮球职业发展提升到了一个更高的境界，并成为篮球界的标志人物，真锅则把气候变化研究提升到了一个更高的境界。
真锅淑郞的另外一位学生、数值模式专家林先建博士被《Science》杂志称为“气象大师”（Weather Master）。作为武侠发烧友，他认为退休后的真锅淑郞更像是武侠小说里的“老顽童”或者“一灯大师”，风趣幽默又纯真开朗。这得到了美国普林斯顿大学理论物理学家罗伯特·哈里·索科洛（Robert Harry Socolow）的认可，认为他是个IMP（老顽童），这说明真锅淑郞确实给大家带来了很多快乐。
老顽童很受大家的欢迎，朋友和同事们亲切地称他为Suki。朋友圈传播着一个关于他的有趣轶事，据说他退休后，不喜欢别人寄信过来打扰自己，就做了一个“已逝”（Deceased）的图章，把来信盖章退回，估计给他邮寄广告和传单的公司也哭笑不得吧。
他对中国非常友好，曾多次访问中国，在中国科学院大气物理研究所作报告和讲学。2005年，国际气象和大气科学协会（IAMAS）大会在北京召开，适逢我国著名气象学家叶笃正先生90岁寿辰，会议专门为叶先生祝寿。Suki非常敬仰叶笃正，专门出席祝寿会议和活动。在会议之外，敬仰Suki的中国年轻学生则围着他讨论问题。他思路敏捷，说起话来比青年学生更有激情和想法。
▲2005年，气象学家叶笃正先生90岁生日，在北京召开的国际气象和大气科学协会（IAMAS）大会专门庆祝叶先生寿辰，参会的国际著名气象学家出席，第一排右五为真锅淑郎。叶笃正先生2002年荣获第48届世界气象组织最高奖和2005年国家最高科学技术奖 图 / 魏科提供
见证自己曾经预测过的未来
在五十多年前，当真锅淑郎用数值模式给出二氧化碳和全球温度的定量关系之时，全球变暖尚未成为广受关注的环境问题。直到20世纪80年代后期，全球变暖才成为最大的环境危机，并持续至今。在上世纪60年代，全球二氧化碳（CO2）的浓度为320ppm左右，比工业革命之前的280ppm高40ppm。时至今日，全球二氧化碳浓度已经超过410ppm。如果按照现在的温室气体排放速度，到本世纪末，极有可能达到600ppm以上，届时，全球平均温度将比现在高2.7℃以上。
有理想的医生会希望天下无病人，真锅淑郎也希望自己五十多年前的预测是错误的。然而，科学经得住时间的检验。
▲2018年5月21日，真锅淑郎被授予2018年克拉福德地球科学奖，和干细胞研究科学家苏珊·所罗门合影 图/IC photo
2021年，全球遭遇了太多的极端气候事件。就中国而言，年初我们遭遇了创纪录的严寒天气，春季反复遭遇沙尘暴，5月武汉、苏州出现龙卷风，甘肃白银马拉松遭遇寒潮，7月河南郑州经历严重洪涝。放眼世界，6月底北美西部最高温达到49.6℃，7月西欧暴雨导致洪灾，8月加拿大高温达到48.8℃，9月格陵兰岛最高处首次下雨。在真锅淑郎有生之年，他已经见证了自己曾经预测过的未来。
真锅淑郎在接受采访时说，理解气候变化背后的物理学原理虽难，但比令世界对气候变化采取行动容易。能准确地预测气候变化，并不是解决问题的终点，仅仅是起点。然而，由于缓解气候变化的时间过长，需要全球同心协力几十年到上百年的努力。也由于国际社会的责任分散，截至目前，全球尚缺乏坚决有力的应对措施，温室气体排放量依然处于历史最高值。
全球变暖影响的深度和广度，可能会超出最大胆的科学家的估算。从时间上来讲，全球变暖问题的产生及彻底解决（如果可以解决的话）至少需要上百年；从空间上来讲，各个国家无一例外都席卷其中，应对气候变化的《巴黎协定》获得所有国家的支持（美国经历了退出风波，新政府又宣布再次回归）。目前，各国正在酝酿更大的雄心行动，努力在本世纪中叶左右实现全球碳中和。
应对气候变化的工作是一场深刻的能源、经济、社会和高科技革命，留给人类可以“浪费”的时间已不多。为此，最近几年，联合国每年发布《团结在科学之中》《碳排放差距报告》和《国家自主贡献综合报告》，呼吁全球采取更加积极的措施。
▲真锅淑郎 图/IC photo
真锅淑郎在采访里说，“研究气候变化很难，但远不如政治难，气候变化不光是气候，还有能源、水利、农业等，太难了。” 2021年11月，第26届联合国气候变化大会（COP26）将在英国格拉斯哥举行，联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯（António Guterres）认为这次会议将是世界努力避免气候灾难的关键里程碑，能否化解难题，全球都在拭目以待。