Nobelpriset i fysik till trio som hjälpt oss förstå klimatet

Komplexa system kännetecknas av slump och oordning och är svåra att förstå. Ett komplext system av stor betydelse för mänskligheten är jordens klimat.

Sedan länge bevisad växthuseffekt

Syukuro Manabe visade hur ökad koldioxidhalt i atmosfären ger upphov till högre temperatur på jordytan. Under 1960-talet ledde han utvecklingen av fysikaliska modeller för jordens klimat och var först med att utforska samspelet mellan strålningsbalansen och den vertikala transporten av luftmassor. På så sätt lade han grunden för utvecklingen av dagens klimatmodeller.

Den svenske forskaren och Nobelpristagaren Svante Arrhenius hade klart för sig fysiken bakom växthuseffekten redan i slutet av 1800-talet. Men medan den svenska forskaren hade fokuserat på strålningsbalansen ledde Manabe arbetet med att utveckla fysikaliska modeller som för första gången tog hänsyn till den vertikala transporten av luftmassor i atmosfären.

För att göra beräkningarna hanterbara valde han att reducera modellen till en dimension – en vertikal pelare 40 kilometer upp i atmosfären. Syre och kväve visade sig ha försumbar inverkan på temperaturen, däremot gav koldioxiden tydliga avtryck: när koldioxidhalten fördubblades ökade den globala medeltemperaturen med drygt 2 grader Celsius.

Kopplade samman väder och klimat

Ett tiotal år senare skapade Klaus Hasselmann en modell där han kopplade samman väder och klimat, och därmed besvarade frågan om varför klimatmodeller kan vara pålitliga trots att vädret är omväxlande och kaotiskt. Han utvecklade även metoder för att identifiera specifika signaler, fingeravtryck, som både naturliga fenomen och mänskliga aktiviteter lämnar på klimatet. Hans metoder har använts för att påvisa att temperaturökningen i atmosfären beror på mänskliga utsläpp av koldioxid.

Källa: Hegerl och Zweirs (2011) Use of models in detection & attribution
of climate change, WIREs Climate Change. Bild: Johan Jarnestad/Kungl. Vetenskapsakademien

Mönster i oordnade komplexa material

Omkring 1980 upptäckte Giorgio Parisi dolda mönster i oordnade komplexa material. Hans upptäckter hör till de viktigaste bidragen inom teorin för komplexa system. De gör det möjligt att på ett matematiskt precist sätt förstå och beskriva många olika och till synes helt slumpmässiga material och fenomen, inte bara inom fysiken utan också inom andra vitt skilda områden, som matematik, biologi, neurovetenskap och maskininlärning.

– De i år belönade upptäckterna visar att våra kunskaper om klimatet vilar på en solid vetenskaplig grund baserad på en rigorös analys av observationer. Årets pristagare har alla bidragit till att vi numera har djupare kunskaper om egenskaper och förändringar i komplexa fysikaliska system, säger Thors Hans Hansson, ordförande i Nobelkommittén för fysik.

Bild: © Johan Jarnestad/Kungl. Vetenskapsakademien

Nobelpriset 2021: Trion som hjälpt forskare förstå klimatförändringarna

Tre forskare får Nobelpriset 2021 i fysik för ”banbrytande bidrag till vår förståelse av komplexa fysikaliska system”.

Syukuro Manabe vid Princeton University, USA och Klaus Hasselmann, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg, Tyskland får hälften av Nobelpriset 2021 för att ha lagt grunden till vår förståelse av jordens klimat och hur vi människor bidrar till dess förändringar. ”För fysikalisk modellering av jordens klimat, kvantitativ analys av variationer och tillförlitlig förutsägelse av global uppvärmning”, enligt Kungliga Vetenskapsakademiens motivering

Giorgio Parisi, Sapienza Universitá di Roma, Italien belönas med andra halvan för sina banbrytande bidrag till teorin för oordnade material och slumpmässiga processer. ”För upptäckten av hur oordning och fluktuationer samverkar i fysikaliska system från atomära till planetära skalor”, enligt kungliga Vetenskapsakademiens motivering. 

Källa och bild: nobelprize.org