Нобелевка за фундаментальную климатологию
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
«Троицкий вариант» №21(340), 19 октября 2020 года
Оригинал статьи на сайте «Троицкого варианта»
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.
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.
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.
Разумеется, современные модели климата сильно усложнились (см. рис.). Однако «начинка» их со временем не претерпела значительных изменений.
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.
_200.jpg)
